WO2011108885A2 - 태양열 온수시스템 - Google Patents

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WO2011108885A2
WO2011108885A2 PCT/KR2011/001507 KR2011001507W WO2011108885A2 WO 2011108885 A2 WO2011108885 A2 WO 2011108885A2 KR 2011001507 W KR2011001507 W KR 2011001507W WO 2011108885 A2 WO2011108885 A2 WO 2011108885A2
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홍희기
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    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Definitions

  • the present invention relates to a solar hot water system, and more particularly, to a solar hot water system that produces hot water using heat collected by solar heat, and is simple in configuration and very high in thermal efficiency, and at the same time prevents freezing and overheating. will be.
  • the solar hot water system 10 includes a collector 11 in which solar heat is largely collected, a hot water circulation pipe 12 through which hot water circulates, a circulation pump C for forced circulation of hot water, and a heat storage tank 14 in which heated hot water is stored. Consists of Living water is introduced into one side of the hot water circulation pipe 12 is stored in the heat storage tank (14). The introduced living water is heated while passing through the collector 11 and stored in the heat storage tank 14 again, and the living water stored in the heat storage tank 14 flows out again through the other side of the hot water circulation pipe 12 to be used. do.
  • the solar hot water system 20 is largely connected to the collector 21 and the collector 21, a collector circulation pipe 26 through which a working medium for transferring heat collected therein, and hot water flows. It consists of a hot water circulation pipe 28 and a heat storage tank 22 through which heat exchange between the working medium and hot water is performed.
  • the heat storage tank 22 is composed of an outer tank 23 and an inner tank 24 located inside the outer tank 23.
  • the outer tank 23 is in communication with the collector circulation pipe 26, the inner tank 24 is in communication with the hot water circulation pipe 28.
  • the working medium flows to the outer tank 23, the living water flows to the inner tank 24, and heat exchange is performed.
  • the working medium is an antifreeze is used to prevent freezing of the collector circulation pipe (26).
  • the hot water circulation pipe 28 is provided with a heating wire 29 surrounding the outside.
  • the heating wire 29 is for preventing the freezing of the pipe water by freezing the living water inside the hot water circulation pipe 28 at the time when there is no use of the water for the winter. In winter, when the external temperature falls below a predetermined temperature, current flows through the heating wire 29 to heat the hot water circulation pipe 28 to prevent freezing.
  • the prior art having such a configuration has the following problems.
  • the method of preventing the freezing of the hot water circulation pipe 28 by using the heating wire 29 has a very large power consumption during the winter season when the temperature drops below zero, and the heating wire is cut off during frequent operation, and the efficiency thereof is increased. This is low and there is a problem that the maintenance cost also increases.
  • the solar hot water system 30 is configured to heat the water for hot water through the heat exchanger 33 through a heat medium (antifreeze) circulating in the collector 31. That is, the solar hot water system 30 is equipped with a collector pipe and a discharge pipe (31a, 31b) for absorbing the solar heat to heat the water circulated by the circulation pump 35 is provided in the collector ( 31) and a heat exchanger 33 which is configured to conduct heat exchange by conduiting the inlet and outlet pipes 31a and 31b for the collector, and the inlet pipe 37a for the heat storage inside the heat exchanger 33.
  • Each end is in communication with the inner side so that the heat storage draw pipe 37b is conduited, and the heat storage in the heat exchanger 33 is circulated through the heat storage pump 37c installed in the middle of the heat storage draw pipe 37b.
  • the heat storage tank 37 is provided to supply heat exchanged hot water through the hot water inlet pipe and the withdrawal pipes 37d and 37e.
  • the heat exchanger 33 freezes the water in the heat collecting inlet and outlet pipes 31a and 31b at a time when water is not used in winter, and thus the heat collecting inlet and outlet pipes 31a and 31b. ) Is to prevent freezing.
  • the solar hot water system 30 is not directly heat exchanged with hot water in the heat storage tank 37, heat is exchanged with hot water through the heat exchanger 33 installed separately, so that the heat collector 31 has an inlet temperature. This increases the power consumption during the winter season, when the temperature continues to drop below zero.
  • the heat efficiency is reduced by that, and further comprising the heat exchanger 33, the heat medium and the heat storage pump 37c, the solar hot water system ( There is a problem that the overall installation cost and maintenance cost of 30) increases.
  • an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, when the temperature of the hot water circulating pipe falls below the open temperature, a plurality of freeze protection valves operate so that the warm living water of the inner tank to the hot water circulating pipe Freeze of the hot water circulation pipe is prevented, and the freeze prevention valve and the freeze prevention heater are operated properly according to the temperature change of the hot water circulation pipe and the temperature of the heat storage tank to prevent freezing of the heat storage tank and the hot water discharge pipe. It is to provide a solar hot water system that has high thermal efficiency and can prevent overheating.
  • the present invention comprises a collector for collecting solar heat;
  • a collector circulation pipe connected to the collector and configured to circulate a working medium in which solar heat collected by the collector is accumulated therein;
  • a heat storage tank in which heat exchange is performed between the working medium and water used for living;
  • a hot water circulation pipe communicating with the heat storage tank and supplied with the water;
  • a freeze prevention valve provided at one side of the hot water circulation pipe and selectively opened and closed to selectively flow water in the heat storage tank into the hot water circulation pipe;
  • a controller for controlling the operation of the freeze protection valve according to a temperature change of at least one of a temperature T 1 of a predetermined portion of the hot water circulation pipe and a water temperature T 2 of the heat storage tank to prevent freezing of the hot water circulation pipe.
  • a solar hot water system including.
  • the controller may appropriately freeze valve (or circulation). Pump) and freeze protection heater.
  • the hot water circulation pipe can be prevented from freezing in the winter through a simple structure, so that the efficiency of the solar hot water system is improved, and the configuration of the system is simplified since it does not require a heating wire to control the temperature of the hot water circulation pipe separately. It works.
  • the first and second freeze protection valves are opened, and the third freeze protection is prevented.
  • the valve is closed to discharge a predetermined amount of hot water in the inner tank into the hot water circulation pipe, that is, the hot water inlet pipe and the hot water discharge pipe, respectively.
  • the hot water of the inner tank is a relatively warm hot water heat exchanged with the working medium is discharged to the outside as the hot water circulating pipe is discharged to the outside to increase the temperature of the hot water circulating pipe to prevent freezing of the hot water circulating pipe.
  • the freezing prevention heater operates to rise above the closing temperature, thereby preventing freezing of the inner tank.
  • the amount of hot water in the inner tank is reduced, thereby preventing the freezing of the inner tank due to the sudden temperature drop of the inner tank.
  • the circulation pump is automatically operated during the winter season, especially at night when no water is used in the home, thereby preventing freezing of the collector circulation pipe.
  • the thermal efficiency is still very high, and its configuration is very simple, so there is little possibility of installation and failure, and therefore, maintenance cost is low. Can be.
  • the second temperature sensor is provided in the collector discharge pipe, it is possible to prevent damage or deterioration of the collector or the collector discharge pipe due to the increase in temperature in the summer, even though the superheat radiator and the radiator circulation pump are not installed. This does not take economically efficient advantages.
  • the temperature difference between the hot water located in the upper and lower portions of the heat storage tank increases from 10 ° C. to about 15 ° C., thereby stratifying the warm water. Is maximized, so that the performance of the solar hot water system is improved.
  • FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a solar hot water system according to the prior art.
  • FIG. 2 is a block diagram of another embodiment of a solar hot water system according to the prior art.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a solar hot water system according to the prior art.
  • FIG. 4 is a block diagram of a preferred embodiment of the solar hot water system according to the first embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are diagrams showing the flow of hot water and the working medium in the solar hot water system according to the embodiment 1-1 of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 is a configuration diagram showing the operation of the valve and the flow of hot water to prevent freezing in the solar hot water system according to the embodiment 1-2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram of a solar hot water system according to the embodiment 1-3 of the present invention.
  • FIG. 10 and 11 is a block diagram showing the operation of the solar hot water system and the flow of hot water according to the embodiment 1-3 of the present invention.
  • Figure 12 is a schematic diagram showing an embodiment of a solar hot water system according to the embodiment 2-1 of the present invention.
  • FIG. 13 is a view schematically showing the flow of hot water and the working medium in the solar hot water system according to the embodiment 2-1 of the present invention.
  • FIG. 14 is a view schematically showing the operation of the valve for freezing prevention and the flow of hot water in the solar hot water system according to the embodiment 2-1 of the present invention.
  • Figure 15 is a schematic view showing a solar hot water system according to the embodiment 2-2 of the present invention.
  • 16 is a configuration diagram schematically showing a solar hot water system according to the second to third embodiments of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a solar hot water system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a view for explaining the flow of water when the solar hot water system of FIG. 20 operates.
  • FIG. 19 is a view for explaining the flow of water when the solar hot water system of FIG. 20 operates at night during the winter season.
  • FIG. 20 is a view for explaining the flow of water when the solar hot water system of FIG. 17 operates in the summer.
  • collector circulation pipe 120 hot water circulation pipe
  • Hot water outlet pipe 125 ' Hot water outlet pipe 125 ": Freeze protection valve
  • collector circulation pipe 320 hot water circulation pipe
  • collector 440 collector circulation pipe
  • heat storage tank circulation pipe 460 first temperature sensor
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a preferred embodiment of the solar hot water system according to the first embodiment of the present invention.
  • the solar hot water system 100 is provided with a collector 110.
  • the collector 110 serves to effectively collect solar heat, and various types of collectors such as a vacuum tube type and a plate type may be used.
  • the collector 110 is connected to the collector circulation pipe 115.
  • the collector circulation pipe 115 is a closed pipe not connected to the outside so that a part of the collector circulation pipe 115 is located inside the collector 110.
  • the collector circulation pipe 115 acts as a passage through which the working medium to be described later flows, while the working medium flows through the collector circulation pipe 115, the portion of the collector circulation pipe 115 located in the collector 110 is formed. When passing, it absorbs the solar heat collected by the collector 110 and serves to deliver to the living water to be described later.
  • the collector circulation pipe 115 located in the collector 110 is widely distributed inside the collector 110 so that heat collected by the collector 110 can be transferred to the working medium as much as possible. It is desirable to be able to.
  • the collector circulation pipe 115 may be wrapped with a heat insulating material to prevent heat from being transferred to the outside.
  • the collector circulation pipe 115 may be provided with a circulation pump so that a working medium can circulate smoothly inside the collector circulation pipe 115.
  • An operating medium (not shown) flows inside the collector circulation pipe 115.
  • the working medium flows through the collector circulation pipe 115 and serves to transfer heat of the collector 110.
  • the working medium is generally used antifreeze, which does not freeze even at relatively low temperatures.
  • the solar hot water system 100 is provided with a hot water circulation pipe 120.
  • the hot water circulation pipe 120 serves as a passage through which the water used for living, namely, the living water (tap water) supplied from the tap water, moves and the temperature of the water increases in the course of flowing the hot water circulation pipe 120.
  • the hot water circulation pipe 120 is heat-exchanged with the working medium (by conduction) while the living water is heated.
  • the hot water circulation pipe 120 is connected to the water supply for supplying the living water to one side as an open pipe on both sides, the water is introduced, and the living water (hot water) is the temperature rise while passing through the hot water circulation pipe 120 It is discharged to the other side and used for living.
  • the hot water inlet pipe 123, the side in which water is introduced into the heat storage tank 130, which will be described later in the hot water circulation pipe 120, the side in which the water is discharged inside the heat storage tank 130 will be referred to as a hot water discharge pipe (125).
  • the hot water discharge pipe 125 may be in a relatively high position compared to the hot water inlet pipe 123.
  • the hot water stored in the inner tank (130a) is to use the hot water of higher temperature because the temperature of the hot water in the relatively high position in the inner tank (130a) is higher than the temperature of the hot water in the low position by the stratification effect to be. Since the hot water inlet pipe 123 is connected to the water supply, a separate circulation pump is not necessary.
  • one side of the hot water discharge pipe 125 is provided with a hot water discharge pipe (125 ').
  • the hot water discharge pipe 125 ′ communicates with the hot water discharge pipe 125 to serve as a passage through which the water existing in the heat storage tank 130 to be described later is discharged through the hot water discharge pipe 125.
  • the hot water outlet pipe 125 ′ may be connected to a heavy water tank.
  • the heavy water tank is a tank for storing living water and hot water discharged through the hot water discharge pipe 125 ', which is to reuse the living water discharged through the hot water discharge pipe 125'.
  • the hot water stored in the heavy water tank may be used in a bathroom or the like as the heavy water.
  • the hot water discharge pipe 125 ' is provided with a freeze prevention valve 125 ".
  • the freeze prevention valve 125" serves to selectively open and close the hot water discharge pipe 125'. More specifically, the freeze protection valve 125 ′′ is opened when a part of the temperature T1 of the hot water inlet pipe 123 falls below a predetermined temperature, so that the temperature is relatively high to the hot water inlet pipe 123.
  • the water stored in the high inner tank 130a is allowed to flow in.
  • the water flowing through the hot water inlet pipe 123 is discharged to the hot water discharge pipe 125 by its own weight and stored in a heavy water tank (not shown). Become recycled.
  • the hot water circulation pipe 120 is always filled with water, but in the time period (night time) when no water is used, the water inside the hot water circulation pipe 120, in particular, the hot water discharge pipe 125 is placed in a standing state without flowing. . If the living water is frozen due to the temperature drop, the hot water circulation pipe 120 freezes due to volume expansion.
  • the temperature of the hot water inlet pipe 123 falls below a predetermined temperature
  • the water stored in the internal tank 130a having a relatively high temperature is more precisely than the hot water circulation pipe 120, The temperature is raised to prevent the hot water circulation pipe 120 from freezing.
  • the temperature of the hot water discharge pipe 125 is relatively low in the portion exposed to the outside air, it is preferable to measure the temperature of the portion of the hot water discharge pipe 123 exposed to the outside air.
  • the opening degree of the freeze protection valve 125 "changes according to the temperature change of the hot water inlet pipe 123. That is, as the temperature of the hot water discharge pipe 125 is relatively lowered, the freeze prevention valve 125" Increase the temperature of the hot water circulation pipe 120 by increasing the opening degree of the large amount of hot water.
  • the solar hot water system 100 is provided with a heat storage tank (130).
  • the heat storage tank 130 is a space where heat is exchanged between the working medium and the living water.
  • the heat storage tank 130 is preferably wrapped with a heat insulating material so that heat is not released to the outside to increase the efficiency of heat exchange.
  • the heat storage tank 130 is largely composed of an inner tank (130a) and an outer tank (130b) surrounding the inner tank (130a). As shown in FIG. 3, the inner tank 130a and the outer tank 130b are not in communication with each other, and a predetermined space is allowed to flow between the inner tank 130a and the outer tank 130b. Is formed.
  • the outer tank 130b is in communication with the collector circulation pipe 115, and the inner tank 130a is in communication with the hot water circulation pipe 120.
  • the working medium flowing through the collector circulation pipe 115 transfers heat to the inner tank 130a while flowing into the outer tank 130b, and the heat transferred to the inner tank 130a is used for living water. Increase the temperature of the hot water will be.
  • the outer tank 130b and the inner tank 130a may be formed of a material such as copper having high thermal conductivity in order to increase heat exchange efficiency.
  • the inner tank 130a preferably has a surface area in contact with a working medium existing in the outer tank 130b so as to facilitate heat transfer.
  • the solar hot water system 100 may further include a freeze protection heater 135.
  • the freeze protection heater 135 serves to control the temperature (T2) of the inner tank (130a). That is, the temperature T2 of the inner tank 130a is adjusted by applying heat according to the change of the temperature T2 of the inner tank 130a.
  • the freeze protection heater 135 is provided with a heating wire 135 'and a portion of the heating wire 135' is located in the inner tank 130a.
  • the freeze protection heater 135 is connected to the controller C to be described later, when the temperature of the inner tank 130a falls below a predetermined temperature, current flows to the heating wire 135 'to generate heat.
  • the temperature of the inner tank 130a can be maintained at a constant temperature to some extent to prevent the inner tank 130a from freezing.
  • the temperature of the hot water discharged to the hot water circulation pipe is increased to prevent the hot water circulation pipe 120 is frozen.
  • the freeze protection valve 125 " and the freeze protection heater 135 are connected to a controller C.
  • the controller C also measures the temperature of the hot water inlet pipe 123 and the inner tank 130a.
  • the controller (C) controls the opening and closing of the freeze protection valve (125 ′′) by measuring the temperature of the hot water circulation pipe (120) and the inner tank (130a). Then, the operation of the freeze protection heater 135 is controlled.
  • the sensor S of the hot water inlet pipe 123 may be mounted at a portion of the hot water inlet pipe 123 exposed to the outside air, which is the lowest temperature portion.
  • the controller C will control the freeze protection valve 125 ′′ and the freeze protection heater 135 in order to prevent freezing in the solar hot water system according to the present invention.
  • the embodiments are divided into the first and second embodiments, and each embodiment has the same configuration as that of the solar hot water system 100, but the freeze protection valve 125 " By varying the process of controlling the heater 135, the configuration of the solar hot water system 100 is the same.
  • the embodiment 1-1 will be described.
  • 5 and 6 show the configuration of the flow of hot water and the working medium in the solar hot water system according to the embodiment 1-1 of the present invention.
  • the range of Ta can be set according to the season and region, on average, considering the seasonal changes in the tap water It is most preferable to set it to 4 degreeC, since it is 4 degreeC minimum.
  • the freeze protection valve 125 ′′ When the freeze protection valve 125 ′′ is opened, the water present in the heat storage tank 130, more specifically, the internal tank inside the heat storage tank 130, passes through the hot water discharge pipe 125 and the hot water discharge pipe ( 125 ') The water present in the heat storage tank 130 is heat of relatively high temperature water passing through the hot water discharge pipe 125 and the temperature of the hot water discharge pipe 125 is increased. .
  • the operation of the freeze protection valve 125 ′′ becomes frequent and the efficiency of the entire system decreases.
  • the freeze protection valve 125 ′′ is closed, the inside of the heat storage tank 130 is closed. The water supply is interrupted.
  • the controller adjusts the freeze protection valve 125 ′′
  • the controller operates the freeze protection heater 135 when the temperature T2 of the water in the heat storage tank 130 drops to T2 ⁇ 10 ° C.
  • the freeze protection heater 135 is operated, the temperature T2 of the water in the heat storage tank 130 is increased.
  • the freeze protection heater 135 stops operating. .
  • the controller controls the freeze prevention valve 125 ′′ and the freeze prevention heater 135 to prevent freezing of the hot water circulation pipe 120 during the winter, and does not require a separate heater. Maintenance cost of the hot water system 100 is reduced.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams showing the operation of the valve for preventing the freeze and the flow of hot water in the solar hot water system according to the embodiment 1-2 of the present invention.
  • Embodiment 1-1 is not suitable for extreme fat because the operating time of the freeze protection heater 135 can be long when used in the extreme fat. Therefore, the solar hot water system according to the first and second embodiments suitable for use in the extreme region will be described.
  • T1 the temperature of a part of the hot water discharge pipe 125
  • the freeze protection valve 125 When the freeze protection valve 125" is opened, water existing in the heat storage tank 130, and more specifically, the internal tank inside the heat storage tank 130, opens the hot water discharge pipe 125. It is discharged into the hot water outlet pipe (125 ').
  • the water present in the heat storage tank 130 is heat of relatively high temperature water passing through the hot water discharge pipe 125 and the temperature of the hot water discharge pipe 125 is increased.
  • the controller closes the freeze protection valve 125 ′′.
  • the temperature T1 of the hot water discharge tube 125 as well as the temperature T2 of the water in the heat storage tank 130 are adjusted to suit each other's conditions.
  • the temperature In the case of extreme fat, the temperature is relatively very low, so that it is difficult to maintain the temperature T2 of the water inside the heat storage tank 130 above a predetermined temperature as in the first embodiment. This is because the amount of power is very large. Therefore, the controller controls the freeze protection valve 125 ′′ in consideration of the temperature T2 of the water in the heat storage tank 130.
  • Ta is 4 ° C
  • Tb is 12 ° C
  • Tc is 10 ° C
  • dT is 2 ° C.
  • the reason why the dT is 2 ° C is because the minimum value for preventing the malfunction of the controller is 2 ° C
  • the Tb is 12 ° C in consideration of the dT value and the Tc value.
  • the description is the same as in the case of the first embodiment 1-1.
  • the temperature T2 of the water inside the heat storage tank 130 may open the freeze protection valve 125 ". It should be maintained at 6 °C or higher in order to maintain the reference temperature above 4 °C and to satisfy the condition of 2) above. (In condition 2), T1> T2-2 °C, so T1 should be kept at least 6 °C. Therefore, the controller operates the freeze protection heater 135 to raise the water temperature T2 of the heat storage tank 130 when the temperature T2 of the water in the heat storage tank 130 is T2 ⁇ 6 ° C. When the temperature T2 of the water in the heat storage tank 130 is T2> 8 ° C., the operation of the freeze protection heater 135 is stopped.
  • the controller is the freeze protection valve (125 ") and Since the freeze protection heater 135 is controlled, the temperature T2 of the heat storage tank 130 may not be maintained at a temperature higher than necessary even in the extreme region, so that the efficiency of the solar hot water system 100 is improved and maintenance cost is maintained. Will be reduced.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate the operation of the solar hot water system and the flow of hot water according to the first to third embodiments of the present invention. The configuration diagram shown is shown.
  • the configuration of the first to third embodiments is the configuration of the connection pipe 227, the check valve (cv), the circulation pump (P), the other configuration is the same bar, will be described with respect to these components.
  • a connection pipe 227 is provided between the hot water inlet pipe 223 and the hot water discharge pipe 225.
  • the connection pipe 227 serves to communicate with each other of the hot water inlet pipe 223 and the hot water discharge pipe 225 is the water inside the heat storage tank 230 through the connection pipe 227 is the hot water inlet pipe ( 223 and the hot water discharge pipe 225 is circulated inside. That is, the water of the heat storage tank 230 discharged through the hot water discharge pipe 225 is introduced again into the hot water inlet pipe 223 through the connection pipe 227.
  • the connection pipe 227 is provided with a check valve (cv).
  • the check valve cv serves to selectively communicate with the connection pipe 227 to allow only one flow through the connection pipe 227. More specifically, it is to selectively open and close to enable only the flow from the hot water inlet pipe 223 to the hot water discharge pipe 225, or the flow from the hot water discharge pipe 225 to the hot water inlet pipe 223. .
  • a case in which the check valve cv is opened when water flows from the hot water discharge pipe 225 to the hot water inlet pipe 223 will be described by way of example.
  • connection pipe 227 is provided with a circulation pump (P).
  • the circulation pump (P) serves to provide power to the water flow through the connection pipe 227.
  • the circulation pump P provides power so that water flows from the hot water discharge pipe 225 to the hot water inlet pipe 223.
  • the circulation pump P is controlled by the controller C. Let's look at the control of the circulation pump (P) in detail.
  • the circulation pump P is operated.
  • the heat storage tank (230, 130) more specifically, the water present in the internal tank (230a) inside the heat storage tank 230 is the hot water discharge pipe (225, 125) and Passed through the connection pipe 227 to the hot water inlet pipe 223 is again introduced into the inner tank (230a) of the heat storage tank (230).
  • the temperature T1 of the hot water discharge pipes 225 and 125 as well as the temperature T2 of the water in the heat storage tank 230 to be suitable for each other's conditions.
  • the efficiency is better, and it is possible to obtain the same effect as preventing the freezing wave by flowing tap water in winter. It is not necessary to heat the heat storage tank 230 separately at a low temperature.
  • Ta is 2 ° C
  • Tb is 12 ° C
  • Tc is 10 ° C
  • dT is 2 ° C.
  • the inside of the hot water discharge pipe 225 and the hot water inlet pipe 223 allows the water in the heat storage tank 230 to circulate so that the solar hot water system even at a relatively low temperature ( Freeze of 200) can be prevented, the efficiency is also improved, maintenance costs are reduced.
  • FIG. 12 is a configuration diagram schematically showing a solar hot water system according to a second embodiment of the present invention.
  • the solar hot water system 300 is provided with a collector 310.
  • the collector 310 serves to effectively collect solar heat, and various types of collectors such as a vacuum tube type and a plate type may be used.
  • the collector 310 is connected to the collector circulation pipe 315.
  • the collector circulation pipe 315 is a closed pipe not connected to the outside so that a part of the collector circulation pipe 315 is located inside the collector 310.
  • the collector circulation pipe 315 acts as a passage through which the working medium to be described later flows, while the working medium flows through the collector circulation pipe 315, and the portion of the collector circulation pipe 315 located in the collector 310 is formed. When passing through, it serves to absorb the solar heat collected by the collector 310 to deliver to the living water to be described later.
  • the collector circulation pipe 315 located in the collector 310 is widely distributed inside the collector 310 so that heat collected by the collector 310 can be transferred to the working medium as much as possible. It is desirable to be able to.
  • the collector circulation pipe 315 may be wrapped with a heat insulating material to prevent heat from being transferred to the outside.
  • the collector circulation pipe 315 may be provided with a circulation pump so that a working medium can circulate smoothly inside the collector circulation pipe 315.
  • An operating medium (not shown) flows inside the collector circulation pipe 315.
  • the working medium flows through the collector circulation pipe 315 and transfers heat from the collector 310.
  • the working medium is generally used antifreeze, which does not freeze even at relatively low temperatures.
  • the solar hot water system 300 is provided with a hot water circulation pipe 320.
  • the hot water circulation pipe 320 acts as a passage through which the living water (tap water) supplied from the water used for living, that is, the tap water, moves, and the temperature of the living water increases in the course of flowing the hot water circulation pipe 320. do. More specifically, the hot water circulation pipe 320 is heat-exchanged with the working medium (by conduction) while the living water is heated. In this embodiment, the state in which the living water is heated will be called hot water.
  • the hot water circulation pipe 320 is connected to the water supply for supplying the living water to one side as an open pipe on both sides, the living water flows in, and the living water (hot water) whose temperature rises while passing through the hot water circulation pipe 320. Is discharged to the other side and used for living.
  • the hot water inlet pipe 323 is the hot water inlet pipe 323, and the side where the warmed hot water is discharged from the hot water circulation pipe 320 based on the heat storage tank 330 to be described later.
  • the hot water discharge pipe 325 may be in a relatively high position compared to the hot water inlet pipe 323.
  • the hot water stored in the inner tank (330a) is to use the hot water of higher temperature because the temperature of the hot water in the relatively high position in the inner tank (330a) is higher than the temperature of the hot water in the low position by the stratification effect to be. Since the hot water inlet pipe 323 is connected to the water supply, a separate circulation pump is not necessary.
  • the hot water inlet pipe 323 and the hot water discharge pipe 325 are provided with first and second outlet pipes (323 ', 325').
  • the first and second outlet pipes 323 ′ and 325 ′ communicate with the hot water inlet pipe 323 and the hot water discharge pipe 325 to be described later through the hot water inlet pipe 323 and the hot water discharge pipe 325. It serves as a passage to allow the living water and hot water present in the tank (330a) to be discharged.
  • a water tank may be connected to the first and second outlet pipes 323 'and 325'.
  • the heavy water tank is a tank for storing living water and hot water discharged through the first and second outlet pipes 323 'and 325', which are discharged through the first and second outlet pipes 323 'and 325'. It is to reuse living water.
  • the hot water stored in the heavy water tank may be used in a bathroom or the like as the heavy water.
  • the first and second outlet pipes 323 'and 325' are provided with first and second freeze protection valves 323 "and 325".
  • the first and second freeze protection valves 323 ′′ and 325 ′′ selectively open and close the first and second outlet pipes 323 ′ and 325 ′. More specifically, the first and second freeze protection valves 323 ′′ and 325 ′′ are opened when the temperature of the hot water inlet pipe 323 drops to a predetermined temperature, preferably 2 ° C. or less. Relatively high temperature hot water stored in the tank 330a serves to flow to the hot water inlet pipe 323 and the hot water discharge pipe 325 by its own weight.
  • the temperature at which the first and second freeze protection valves 323 "and 325" are opened will be referred to as an opening temperature.
  • the hot water inlet pipe 323 is connected to the water supply, so that the living water is supplied, and the third freeze prevention valve 327 which will be described later is closed to block the supply of the living water. That is, when the first freeze protection valve 323 ′′ is opened, the third freeze prevention valve 327 is closed to block the inflow of living water and at the same time, the hot water in the inner tank 330a receives the hot water inlet pipe ( And flows back into the water tank through the first outlet pipe 323 '. Further, the second freezing prevention valve 325 "is opened to open the hot water through the hot water discharge pipe 325. 2 is introduced into the heavy water tank through the outlet pipe (325 ').
  • the hot water circulation pipe 320 is always filled with living water, the living water in the hot water circulation pipe 320, especially the hot water inlet pipe 323 in the time zone (night time) when there is no use of living water is standing Will be placed. At this time, when the living water is frozen by the temperature drop, a phenomenon in which the hot water circulation pipe 320 freezes due to volume expansion occurs.
  • the hot water stored in the inner tank 330a having a relatively high temperature flows in the hot water circulation pipe 320, thereby the hot water circulation pipe 320.
  • the temperature of the warm circulation pipe 320 is to be prevented from freezing.
  • the opening temperature is 2 ° C., and when the temperature of the hot water inlet pipe 323 reaches 2 ° C., hot water may flow.
  • measuring the temperature of the hot water inlet pipe 323 in the hot water circulation pipe 320 is a relatively low temperature living water flows into the hot water inlet pipe 323, the hot water discharge pipe 325 This is because the temperature of the hot water inlet pipe 323 is lower than that of the hot water discharge pipe 325 because the high temperature hot water is discharged.
  • the portion of the hot water inlet pipe 323 exposed to the outside air is relatively low, it is preferable to measure the temperature of the portion of the hot water inlet pipe 323 exposed to the outside air.
  • the hot water inlet pipe 323 of the hot water circulation pipe 320 is provided with a third freeze prevention valve 327.
  • the third freeze prevention valve 327 is closed when the first freeze prevention valve 323 "is opened in response to the temperature change of the hot water circulation pipe 320, the living water is supplied to the hot water inlet pipe 323 That is, the third freeze protection valve 327 is normally open, but when the first and second freeze protection valves 323 ′′ and 325 ′′ are opened, the third freeze protection valve 327 is open.
  • the cryoprotection valve 327 is closed to stop the supply of living water.
  • the opening degrees of the first and second freeze protection valves 323 ′′ and 325 ′′ change according to a temperature change of the hot water inlet pipe 323. That is, as the temperature of the hot water inlet pipe 323 is relatively lower, the opening degree of the first and second freeze prevention valves 323 ′′ and 325 ′′ is increased so that a lot of hot water flows to the hot water circulation pipe 320. To increase the temperature.
  • the first and second freeze protection valves 323 ′′ and 325 ′′ are closed again, and the third freeze protection valve 327 is opened.
  • Water is introduced into the hot water inlet pipe and hot water discharge pipe (323, 325).
  • the temperature of the hot water inlet pipe 323 is 10 °C or more is prevented freezing of the hot water circulation pipe is preferably closed temperature 10 °C.
  • the opening and closing of the first to third freeze prevention valves 323 ′′, 325 ′′ and 327 are controlled by the controller 340 which will be described later.
  • the solar hot water system 300 is provided with a heat storage tank (330).
  • the heat storage tank 330 is a space where heat exchange between the working medium and living water is performed.
  • the heat storage tank 330 is preferably wrapped with a heat insulating material so that heat is not released to the outside to increase the efficiency of heat exchange.
  • the heat storage tank 330 is largely composed of an inner tank 330a and an outer tank 330b surrounding the inner tank 330a. As shown in FIG. 3, the inner tank 330a and the outer tank 330b do not communicate with each other, and a predetermined space is allowed to flow between the inner tank 330a and the outer tank 330b. Is formed.
  • the outer tank 330b is in communication with the collector circulation pipe 315, and the inner tank 330a is in communication with the hot water circulation pipe 320.
  • the working medium flowing through the collector circulation pipe 315 transfers heat to the inner tank 330a while flowing into the outer tank 330b, and the heat transferred to the inner tank 330a is used for living water. Increase the temperature of the hot water will be.
  • the outer tank 330b and the inner tank 330a may be formed of a material such as copper having high thermal conductivity to increase heat exchange efficiency.
  • the inner tank 330a preferably has a surface area in contact with a working medium existing in the outer tank 330b as wide as possible so as to facilitate heat transfer.
  • the solar hot water system 300 may further include a freeze protection heater 335.
  • the freeze protection heater 335 serves to increase the internal tank 330a by applying heat to the inner tank 330a when the temperature of the inner tank 330a falls below an opening temperature, that is, an image 2 ° C. or less. Do it.
  • the freeze protection heater 335 is provided with a heating wire 335 ', and a portion of the heating wire 335' is located in the inner tank 330a.
  • the freeze protection heater 335 is connected to the controller 340 to be described later, when the temperature of the inner tank 330a falls below a predetermined temperature, current flows to the heating wire 335 'to generate heat.
  • the temperature of the inner tank 330a can be maintained at a certain temperature to prevent the inner tank 330a from freezing.
  • the temperature of the hot water discharged to the hot water circulation pipe is increased to increase the effect of preventing the freezing of the hot water circulation pipe.
  • the freeze protection heater 335 stops operation when the temperature of the inner tank 330a rises to a closing temperature, that is, 10 ° C. or more.
  • the first to third freeze prevention valves 323 ′′, 325 ′′ and 327 and the freeze prevention heater 335 are connected to the controller 340.
  • the controller 340 may also be connected to the sensors (S, S ') for measuring the temperature of the hot water inlet pipe 323 and the inner tank 330a, respectively.
  • the controller 340 measures the temperature of the hot water circulation pipe 320 and the inner tank (330a) to control the opening and closing of the first to third freeze protection valves (323 ", 325", 327), The operation of the prevention heater 335 is controlled.
  • the sensor S of the hot water inlet tube 323 may be mounted at a portion exposed to the outside air, which is the lowest temperature portion of the hot water inlet tube 323.
  • FIG. 13 is a view schematically showing the flow of hot water and the working medium in the solar hot water system according to the embodiment 2-1 of the present invention
  • Figure 14 is a solar hot water system according to the embodiment 2-1 of the present invention It is a diagram schematically showing the operation of the valve for freeze protection and the flow of hot water.
  • the collector 310 collects solar heat and the temperature rises. Solar heat collected by the collector 310 is transferred to the working medium flowing through the collector circulation pipe 315 connected to the collector 310. The working medium heated through the collector 310 again flows into the heat storage tank 330, more specifically, the outer tank 330b.
  • the living water introduced into the hot water circulation pipe 320 through the water supply is delivered to the inner tank 330a through the hot water inlet pipe 323.
  • the relatively high temperature working medium delivered to the outer tank 330b and the living water having a relatively low temperature introduced into the inner tank 330a are heated by conduction to become hot water.
  • the hot water of the inner tank 330a is discharged through the hot water discharge pipe 325 and used at home.
  • the working medium passing through the outer tank 330b becomes heat at a relatively low temperature by transferring heat to the living water, flows through the collector circulation pipe 315 and flows back into the collector 310 to be relatively high. It becomes the working medium of temperature. As this process is repeated, the living water becomes hot water with high temperature by the solar hot water system 300.
  • the controller 340 is connected to the sensors (S, S ') installed in the inner tank 330a and the hot water inlet pipe 323 receives the temperature of the inner tank 330a and the hot water inlet pipe 323. . If the freeze protection heater 335 is provided, when the temperature of the inner tank 330a falls below the open temperature (2 ° C.), the controller 340 operates the freeze protection heater 335 to It is possible to increase the temperature of the hot water in the inner tank 330a, and to prevent the heat storage tank 330 from freezing. In addition, as the temperature of the inner tank 330a rises, the heat exchange amount with the outer tank 330b decreases, and the working medium discharged through the outer tank 330b will maintain a high temperature.
  • the controller 340 opens the first and second freeze protection valves 323 ′′ and 325 ′′ and the third freeze protection valve 327. ) Close.
  • the living water stored in the inner tank 330a is hot water having a relatively high temperature in which the working medium and the heat exchanger are made in the heat storage tank 330.
  • the hot water in the inner tank 330a is discharged to the water tank through the first and second outflow pipes 323 'and 325' through the first and second freeze protection valves 323 "and 325" by its own weight.
  • the temperature of the hot water circulation pipe 320 is increased.
  • the opening degree (degree of opening the valve) of the first and second freeze prevention valves 323 ′′ and 325 ′′ becomes larger as the temperature of the hot water inlet pipe 323 further drops from the opening temperature.
  • the third freeze prevention valve 327 As the third freeze prevention valve 327 is closed, the supply of living water to the hot water inlet pipe 323 is stopped and the amount of living water present in the inner tank 330a is reduced. As described above, as the amount of hot water in the inner tank 330a decreases, it is also possible to prevent the inner tank 330a from freezing due to the extreme temperature decrease. Since the first and second outflow pipes 323 ′′ and 325 ′′ are connected to the heavy water tank, the hot water flowing out from the inner tank 330a may be reused as heavy water again.
  • the controller 340 closes the first and second freezing prevention valves 323 ′′ and 325 ′′ and the third freezing.
  • the prevention valve 327 is opened.
  • the living water is introduced through the hot water inlet pipe 323, and the introduced living water flows back into the inner tank 330a.
  • the first, second and third freeze protection valves 323 By using the ", 325", 327 to backflow the living water of the inner tank 330a of a relatively high temperature so as not to fall below the opening temperature to prevent the solar hot water system 300 from freezing.
  • 15 is a configuration diagram schematically showing a solar hot water system according to a second embodiment of the present invention.
  • the collector 300, the collector circulation pipe 315, the heat storage tank 330, the freeze protection heater 335, the heating wire 335 ', the controller 340, the sensor S, S' which comprise another embodiment of this invention. And the like are the same as the descriptions of the solar hot water system according to the date and time of the present invention described above, the description thereof is omitted here, and the following description will focus on the features of other embodiments of the present invention.
  • the hot water inlet pipe 323 may be connected to the tap water, and the living water is introduced through the hot water inlet pipe 323.
  • a portion of the hot water inlet pipe 323 eg, a portion exposed to the outside air
  • the contacted portion may be surrounded by a heat insulating member.
  • the temperature detected by the sensor (S) provided in the hot water discharge pipe 325 at a time period (eg, night time) where there is no use of living water may be below an opening temperature (for example, the opening temperature may be 4 ° C). ),
  • the freezing prevention valve 328 is opened by the control unit 340, the hot water in the heat storage tank 330 is discharged to the outlet pipe 326 in communication with the hot water discharge pipe 325 and the hot water discharge pipe 325. .
  • the temperature of a portion of the hot water inlet pipe 323 in contact with the hot water discharge pipe 325 and the hot water discharge pipe 325 is increased, for example, to prevent freezing.
  • the antifreeze valve 328 is controlled by the controller 340. ), The hot water in the heat storage tank 330 is prevented from being discharged to the hot water discharge pipe 325 and the outlet pipe 326.
  • the sensor (S) may be provided in the hot water discharge pipe 323 is exposed to the outside air.
  • the opening degree of the anti-freezing valve 328 is increased as the temperature of a predetermined portion (for example, the portion exposed to the outside air) of the hot water discharge pipe 325 is further lowered from the open temperature, and in the above-described embodiment of the present invention Similarly, if necessary, the freeze protection heater 335 in the heat storage tank 330 may be operated to increase the temperature of the hot water existing in the heat storage tank 330. However, the freeze protection heater 335 inside the heat storage tank 330 is operated at a temperature about 2 ° C. higher than the closing temperature, and stops when the temperature becomes about 4 ° C. above the closing temperature.
  • the opening temperature may be higher than that of the embodiment of the present invention. have.
  • 16 is a configuration diagram schematically showing a solar hot water system according to the second to third embodiments of the present invention.
  • the collector 300, the collector circulation pipe 315, the heat storage tank 330, etc. which constitute another embodiment of the present invention are the same as the description of the solar hot water system according to the exemplary embodiment of the present invention described above. The description will be omitted and the following description will focus on the features of still another embodiment of the present invention.
  • the hot water inlet pipe 323 may be connected to the tap water, and the living water is introduced through the hot water inlet pipe 323.
  • a portion of the hot water inlet pipe 323 eg, a portion exposed to the outside air
  • the hot water discharge pipe 325 is in physical contact with the hot water discharge pipe 325, and the contacted portion may be wrapped with insulation.
  • the outlet pipe 326 is provided with a cryoprevention valve 329 including a temperature measuring sensor, because the sensor is included in the portion of the portion provided with the cryoprevention valve 329 When the temperature drops below the opening temperature (eg, the opening temperature may be 4 ° C.), it opens and closes when it rises above the closing temperature (eg, the closing temperature may be 10 ° C.).
  • the freeze prevention valve 329 is opened so that the hot water in the heat storage tank 330 is the hot water discharge pipe 325 and the outlet pipe 326.
  • cryoprotection valve 329 Is discharged to the hot water inlet pipe 323 is prevented from freezing a certain portion (for example, the portion exposed to the outside air). Thereafter, when the temperature detected by the sensor included in the cryoprotection valve 329 is above a certain temperature, the cryoprotection valve 329 is closed so that the hot water in the heat storage tank 330 is discharged from the hot water discharge pipe 325 and the outlet pipe 326. To be discharged).
  • FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a solar hot water system according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 18 is a view for explaining the flow of water when the solar hot water system of FIG. 17 operates
  • FIG. 19 is a view of FIG.
  • FIG. 20 is a view for explaining the flow of water when the solar hot water system is operated at night during the winter
  • FIG. 20 is a view for explaining the flow of water when the solar hot water system of FIG.
  • the solar hot water system 400 includes a heat storage tank 410, a circulation pump 420, a heat collector 430, a heat collector circulation pipe 440, and a heat storage tank circulation pipe 450.
  • 2 is configured to include a temperature sensor (460, 470) and a controller (480).
  • the heat storage tank 410 and the heat storage tank circulation pipe 450 is indoors
  • the circulation pump 420, the collector 430 and the first temperature sensor 460 is located outdoors.
  • the heat storage tank 410 is installed in the room is coated with a heat insulating material so that heat is not discharged to the outside, it is connected to the heat storage tank circulation pipe 450 and the collector circulation pipe 440.
  • the heat storage tank circulation pipe 450 is composed of a heat storage tank inlet pipe 451 and a heat storage tank discharge pipe collector discharge pipe 442, 52
  • the collector circulation pipe 440 is composed of a heat collector inlet pipe 441 and a collector discharge pipe 442. This will be described in detail below.
  • the heat storage tank 410 accommodates water introduced into the lower portion through the heat storage tank inlet pipe 451, that is, water used for living (living water, tap water), and the received water for living is collected through the heat collector inlet pipe 441. Discharged.
  • the discharged living water is heated by the collector 430 to increase the temperature.
  • the living water is introduced into the upper portion of the heat storage tank 410 through the collector discharge pipe 442.
  • the state in which the living water is heated will be called hot water.
  • Hot water introduced into the heat storage tank 410 is discharged through the heat storage tank discharge pipe 452 is used for living.
  • the circulation pump 420 is operated by the command of the controller 480, the temperature of about 10 ° C to 15 ° C lower than the living water located above the heat storage tank 410 of the living water accommodated in the heat storage tank 410.
  • the water for circulating in the heat storage tank 410 is circulated.
  • the collector 430 is installed outdoors, such as a roof or roof of a building, a large amount of heat collection, one side is connected to the collector inlet pipe 441, the other side is connected to the collector discharge pipe 442.
  • the collector 430 collects solar heat and serves to heat the living water supplied by the circulation pump 420.
  • Various types of collectors such as a vacuum tube and a flat plate, may be used.
  • the collector circulation pipe 440 is a closed pipe not connected to the outside, and a part of the collector circulation pipe 440 is positioned inside the collector 430.
  • the collector circulation pipe 440 connects between the collector 430 and the heat storage tank 410, and provides a flow path such that the living water heated by the heat collector 430 is discharged to the heat storage tank 410.
  • the collector circulation pipe 440 includes a collector inlet pipe 441 provided on the side into which the living water is introduced based on the collector 430, and a collector discharge pipe 442 provided on the side from which hot water is discharged.
  • the collector inlet pipe 441 is provided to allow the living water contained in the heat storage tank 410 to be introduced into the collector 430, and the collector water discharge pipe 442 is provided with the living water heated by the collector 430. It is provided to be introduced into the heat storage tank (410).
  • the collector discharge pipe 442 is provided at a relatively high position compared to the collector inlet pipe 441, the living water flows through the collector inlet pipe 441, the collector discharge pipe 442 You can see that the hot water flows. This is to increase the stratification of hot water stored in the heat storage tank 410 (the function of supplying high quality hot water by collecting the high temperature water at the upper end and collecting the low temperature water at the lower end).
  • the living water flowed into is located at the bottom due to stratification, and since the temperature of the hot water at a relatively high position in the heat storage tank 410 is higher than the temperature of the hot water at a low position, hot water of higher temperature is used. Can be.
  • a portion of the collector circulation pipe 440 located in the collector 430 is widely distributed inside the collector 430 so that solar heat collected by the collector 430 may be transferred to the water as much as possible. It is desirable to be able to.
  • the heat storage tank circulating pipe 450 is connected to the heat storage tank 410, inflows the living water to the bottom of the heat storage tank 410, and provides a flow path for discharging the living water located above the heat storage tank 410. It consists of an inlet pipe 451 and a heat storage tank discharge pipe 452.
  • the heat storage tank inlet pipe 451 is connected to the lower portion of the heat storage tank 410 to stratify the hot water stored in the heat storage tank 410, and the heat storage tank discharge pipe 452 is connected to the top of the heat storage tank.
  • the flow rate of the circulation pump 420 is 6 per area of the collector 430 so that the temperature difference between the living water located above and below the heat storage tank 410 is about 15 ° C. as described above. It is preferred that it is from liters / hour to 9 liters / hour. These numerical values are experimental and are reduced by approximately 1/8 to 1/12 from the general recommended value of the flow rate of the circulation pump, which is 72 liters / hour per square meter of collector. As such, as the flow rate is less than that of the related art, the hot water at the relatively high position and the hot water at the low position are hardly mixed in the heat storage tank 410, so that the temperature difference between the hot water at the top and the bottom is about 10 ° C. to about 15 ° C.
  • the stratification effect of the hot water can be maximized. That is, as the stratification is maximized, the temperature of the hot water becomes warm, and the temperature of the water flowing into the collector 430 becomes cold, so that the performance 400 of the solar hot water system can be improved.
  • the rotation speed of the circulation pump 420 it is possible to adjust the rotation speed of the circulation pump 420 or to install a small capacity circulation pump. For example, when the rotation speed of the circulation pump 420 is lowered to about 1/10 than usual, the flow rate is reduced to 1/10 than usual to circulate the collector circulation pipe 440.
  • the living water flowed through the heat storage tank inlet pipe 451 is stored in the heat storage tank 410, and the heat collector 430 is in a state where the temperature of the heat is increased by collecting heat from the sun.
  • the living water stored in the heat storage tank 410 is supplied to the heat collector 430 by the circulation pump 420 via the heat collector inlet pipe 441.
  • the solar heat collected by the collector 430 is transferred to the living water, and the living water heated through the collector 430, that is, the hot water, is introduced into the heat storage tank 410 through the collector discharge pipe 442.
  • the hot water introduced into the heat storage tank 410 is discharged through the heat storage tank discharge pipe 452 is used in the home.
  • the living water before being heated flows through the heat storage tank inlet pipe 451 and the collector heat pipe 441, and the heated living water flows through the heat collector discharge pipe 442 and the heat storage tank discharge pipe 452.
  • the flow rate of the circulation pump 420 is limited to 6 liter / hour to 9 liter / hour per square meter of the collector 430 area can be seen that the flow rate is 1/8 to 1/12 less than the conventional.
  • hot water of a relatively high temperature is positioned above the heat storage tank 410, and low temperature of hot water is located below the heat storage tank 410, and thus hot water of the top and bottom of the heat storage tank 410 is provided.
  • the temperature difference is about 10 ° C to 15 ° C. Therefore, in the heat storage tank 410, hot water located at the top and the bottom is not mixed, and the stratification effect is maximized.
  • the first temperature sensor 460 is installed in a portion of the collector circulation pipe 440 located between the circulation pump 420 and the collector 430 serves to detect the temperature of the predetermined portion, A portion means the collector inlet pipe 441. This is to prevent the freezing of the collector circulation pipe 440 in winter, the living water having a relatively low temperature flows into the collector inlet pipe 441, hot water having a high temperature into the collector discharge pipe 442. This is because the temperature of the collector inlet pipe 441 is lower than that of the collector discharge pipe 442 because it is discharged. In addition, since the portion exposed to the outside air in the collector inlet pipe 441 is relatively low in temperature, the first temperature sensor 460 measures the temperature of the portion exposed to the outside air in the collector inlet pipe 441. It is preferable.
  • the second temperature sensor 470 is installed in the collector discharge pipe 442 to detect a temperature in order to prevent damage due to overheating of the collector 430 or the collector discharge pipe 442 in the summer.
  • the living water having a relatively low temperature is introduced into the collector inlet pipe 441, and the living water having a relatively high temperature is discharged into the collector discharge pipe 442, so that the temperature of the collector discharge pipe 442 is increased. It is higher than the temperature of the collector inlet pipe 441.
  • the second temperature sensor 470 preferably measures the temperature of the portion exposed to the outside air in the collector discharge pipe 442. Do.
  • the controller 480 receives signals output from the first and second temperature sensors and controls the operation of the circulation pump 420 according to the signals.
  • the controller 480 controls the circulation pump 420 to operate when a temperature detected from the first temperature sensor 460 is equal to or less than a first reference temperature for a set time.
  • the controller 480 controls the circulating pump 420 to be stopped when the temperature detected by the first temperature sensor 460 is equal to or greater than a first set temperature.
  • the set time is characterized in that during the winter season, especially during this time the temperature is falling below freezing temperature, especially during this time.
  • the collector circulation pipe 440 is always filled with living water, but in the time zone (night) when there is no use of the living water, the living water does not flow into the collector circulation pipe 440 and is placed in a standing state.
  • the volume of the solid state (ice) is larger than that of the liquid state, and thus, when the living water is frozen due to the temperature drop, the collector circulation pipe 440 freezes due to volume expansion.
  • the temperature of the living water stored in the heat storage tank 410 may be maintained as an image even at night in winter. Accordingly, when the temperature of the collector circulation pipe 440, in particular, the collector inlet pipe 441 falls below a first reference temperature, the controller 480 operates the circulation pump 420, thereby causing the heat storage tank 410 to operate. Stored in the relatively high temperature living water is heated by circulating the collector circulation pipe 440.
  • the temperature of the collector inlet pipe 441 reaches a first set temperature, whereby the controller 480 stops the operation of the circulation pump 420.
  • Living water stayed in the collector circulation pipe 440 in winter is higher than the temperature of the collector circulation pipe 440, the first temperature sensor 460 is located on the collector circulation pipe 440, the detection The temperature is lower than the temperature of the living water present in the collector circulation pipe 440. Therefore, if the circulation pump 420 is operated at a temperature of the collector inlet pipe 441 at 2 ° C. or less, it is possible to stably prevent freezing.
  • the first The set temperature is 10 ° C. That is, stopping the operation of the circulation pump 420 when the temperature of the collector inlet pipe 441 is 10 ° C. or more does not require circulating the domestic water any more so that the temperature of the living water in the collector circulation pipe 440 is maintained. Is due to the rise.
  • the controller 480 controls the circulating pump 420 to operate when the temperature detected from the second temperature sensor 470 is equal to or greater than a second reference temperature, and detects it from the second temperature sensor 470.
  • the operated circulation pump 420 is controlled to stop.
  • the temperature of the collector 430 or the collector discharge pipe 442 rises to about 100 ° C. in summer, especially in the midst of strong sunlight.
  • equipment and systems can be damaged due to excessive rise in temperature.
  • the second reference temperature is 93 ° C. to 98 ° C. in order to increase the reliability of preventing damage due to overheating. It is preferable to set the 2nd set temperature to 80 degreeC.
  • the controller 480 operates the circulation pump 420. Then, the living water stagnated at the lower end of the heat storage tank 410 having a relatively low temperature flows to the collector 430 and the collector circulation pipe 440, and the process is repeated, and the collector 430 and the collector circulation pipe are repeated. The temperature at 440 is reduced.
  • the controller 480 stops the operation of the circulation pump 420.
  • the controller 480 controls the operation of the circulation pump 420 according to the temperature difference detected by the first and second temperature sensors. For example, when the temperature difference is 3 ° C. or less, the circulation pump 420. ) And stop the operation of the circulation pump 420 when the temperature is 10 ° C or higher, thereby controlling the operation of the circulation pump 420 at the same time, and at the same time, it is desirable to prevent waste of power.
  • the solar hot water system 400 will be described with reference to the flow of water when operating at night during the winter season.
  • the controller 480 is connected to the first temperature sensor 460 to receive the temperature detected from the collector inlet pipe 441. If the received temperature is a first reference temperature (2 ° C.), the controller 480 opens the circulation pump 420 so that the water stored in the heat storage tank 410 circulates the collector circulation pipe 440. It works. As this process is repeated, the temperature of the collector circulation pipe 440 is increased, and when the temperature of the collector inlet pipe 441 reaches a first set temperature (40 ° C.), the controller 480 is The operation of the circulation pump 420 is stopped. As such, the circulation pump 420 is automatically operated during the winter season, especially at night when no water is used in the home, thereby preventing freezing of the collector circulation pipe 440.
  • the circulation pump 420 was operated at night to prevent freezing of the pipe. However, in one embodiment of the present invention, the operation of the circulation pump 420 is stopped according to the temperature of the collector inlet pipe 441. This is because the power consumption is minimized. In the present invention, since the flow rate of the circulation pump 420 is limited to 6 liters / hour to 9 liters / hour per square meter of the collector 430, the residence time of the hot water introduced into the heat storage tank 410 becomes longer. Heat from the hot water may be sufficiently transferred to the hot water, and the temperature of the hot water stored in the heat storage tank 410 may be prevented from dropping during the inflow process.
  • the controller 480 is connected to the second temperature sensor 470 to receive the temperature detected from the collector discharge pipe 442. If the received temperature is a second reference temperature (eg, 95 ° C.), the controller 480 may allow the water stored in the heat storage tank 410 to circulate the collector circulation pipe 440. 420 is activated. Then, the relatively high temperature hot water stagnated in the collector circulation pipe 440 flows into the heat storage tank 410, and the relatively low temperature hot water stored in the heat storage tank 410 passes through the heat collector inflow pipe 441. Is discharged through. As this process is repeated, the temperature of the collector circulation pipe 440 is lowered, and when the temperature of the collector exhaust pipe 442 reaches a second set temperature (80 ° C.), the controller 480 is circulated.
  • a second reference temperature eg, 95 ° C.
  • the operation of the pump 420 is stopped.
  • the collector 430 or the collector discharge pipe due to the temperature rise in the summer without additional installation of the superheat radiator and the radiator circulation pump Since the damage or deterioration of the 442) can be prevented, installation cost and maintenance cost are not required, which is economically efficient.
  • the flow rate is lower than that of the related art, the hot water at the relatively high position and the hot water at the low position are hardly mixed so that the stratification effect of the hot water is increased, so that the hot water of the lower temperature is higher.
  • By collecting the collector 430 and the collector circulation pipe 440 is effective to lower the temperature of the collector 430 and the collector circulation pipe 440.
  • the solar hot water system 400 due to the temperature increase due to the temperature drop in the late-night winter season or the temporary or long-term use of the summer season without the addition of a conventional complex configuration and antifreeze, due to the temperature increase.
  • the working medium can be used as water, which greatly simplifies the system.
  • it can be applied to a heating system in which the working medium is an antifreeze or water, and by circulating only one circulation pump 420 without using a superheat radiator and a radiator circulation pump, the superheat is simply absorbed by the heat storage tank 410. You can prevent it.
  • the present invention since water is used in place of the antifreeze in the collector 430 and the collector circulation pipe 440, the price is low and the maintenance is easy.

Abstract

본 발명은 태양열 온수시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 태양열을 집열하는 집열기; 상기 집열기와 연결되고, 그 내부로 상기 집열기에 의해 집열된 태양열이 축적되는 작동매체가 순환하는 집열기순환배관; 상기 작동매체와 생활에 사용되는 물 사이의 열교환이 이루어지는 축열조; 상기 축열조와 연통되고, 상기 물이 공급되는 온수순환배관; 상기 온수순환배관의 일측에 구비되고 선택적으로 개폐되어 상기 축열조의 물이 상기 온수순환배관 내부로 선택적으로 흐르게 하는 동파방지밸브; 및 상기 온수순환배관의 일정 부분의 온도(T1)와 상기 축열조의 물 온도(T2) 중 적어도 하나 이상의 온도변화에 따라 상기 동파방지밸브의 작동을 제어하여 상기 온수순환배관의 동파를 방지하는 제어기를 포함하여 구성된다.

Description

태양열 온수시스템
본 발명은 태양열 온수시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 태양열에 의해 집열된 열을 이용하여 온수를 생산하고, 구성이 단순하고, 열효율이 매우 높으면서, 동시에 동파방지 및 과열방지가 가능한 태양열 온수시스템에 관한 것이다.
최근 석유 자원에 대한 대체 에너지로 태양열을 이용하여 전기를 발생시키거나 온수시스템을 적용한 기술이 증가하고 있는 추세이다. 이 추세에 따라 태양열을 이용하여 온수를 생산하는 태양열 온수시스템이 널리 상용화되고 있다.
도 1에는 종래 기술에 의한 태양열 온수시스템의 일실시예가 구성도로 도시되어 있다. 태양열 온수시스템(10)은 크게 태양열이 집열되는 집열기(11), 온수가 순환하는 온수순환배관(12), 온수의 강제순환을 위한 순환펌프(C) 및 가열된 온수가 저장되는 축열조(14)로 구성되어 있다. 생활용수는 상기 온수순환배관(12)의 일측으로 유입되어 상기 축열조(14)에 저장된다. 유입된 생활용수는 상기 집열기(11)를 지나면서 가열되어 다시 상기 축열조(14)로 저장되고, 상기 축열조(14)에 저장된 생활용수는 다시 상기 온수순환배관(12)의 타측을 통해 유출되어 사용된다. 본 실시예는 상기 집열기(11)에서 직접 온수가 가열되므로 열효율이 매우 높고 그 구성이 매우 단순하여 고장의 가능성이 적다. 하지만, 동절기에 급격한 기온하강시 상기 온수순환배관(12)의 동파의 위험이 매우 커 영하로 떨어지는 기온의 지역에서는 사용되지 못하는 문제점이 있어 거의 상용화되지 못하고 있는 실정이다.
도 2에는 종래 기술에 의한 태양열 온수시스템의 다른 실시예가 구성도로 도시되어 있다. 본 실시예에 의하면, 태양열 온수시스템(20)은 크게 집열기(21)와 상기 집열기(21)와 연결되어 내부에 집열된 열을 전달하기 위한 작동매체가 흐르는 집열기순환배관(26), 온수가 흐르는 온수순환배관(28) 및 작동매체와 온수 사이의 열교환이 이루어지는 축열조(22)로 구성된다. 상기 축열조(22)는 외부탱크(23)와 상기 외부탱크(23)의 내부에 위치한 내부탱크(24)로 구성된다. 상기 외부탱크(23)는 상기 집열기순환배관(26)과 연통되고, 상기 내부탱크(24)는 상기 온수순환배관(28)과 연통된다. 상기 외부탱크(23)로 작동매체가 흐르고 상기 내부탱크(24)로 생활용수가 흐르며 열교환이 이루어지는 것이다. 여기서 작동매체는 상기 집열기순환배관(26)의 동파방지를 위해 부동액이 사용된다.
상기 온수순환배관(28)에는 열선(29)이 그 외부를 둘러 구비된다. 상기 열선(29)은 동절기에 생활용수의 사용이 없는 시간에 상기 온수순환배관(28) 내부의 생활용수가 얼어 배관이 동파되는 것을 방지하기 위한 것이다. 동절기에 외부온도가 소정의 온도 이하로 떨어질 경우 열선(29)에 전류를 흘러 상기 온수순환배관(28)을 가열하여 동파를 막는 것이다.
하지만, 이와 같은 구성을 가지는 종래의 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다. 상기 열선(29)을 이용해 상기 온수순환배관(28)의 동파를 방지하는 방법은 기온이 영하로 떨어지는 날씨가 계속되는 동절기에 전력소모량이 매우 크고, 빈번한 작동시 열선이 끊어지는 현상이 발생하여 그 효율성이 낮고, 유지보수 비용 또한 증가하는 문제점이 있다.
도 3에는 종래 기술에 의한 태양열 온수시스템의 또 다른 실시예가 개략적인 구성도로 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 태양열 온수시스템(30)은 집열기(31)를 순환하는 열매체(부동액)를 열교환기(33)를 통하여 온수용 물을 가열 가능하도록 구성된다. 즉, 상기 태양열 온수시스템(30)은 태양열을 흡수하여 순환펌프(35)에 의해 순환되는 물을 가열시키기 위해 집열기용 인입배관 및 인출배관(31a, 31b)을 갖추어 옥외에 설치되어 구비되는 집열기(31)와, 상기 집열기용 인입배관 및 인출배관(31a, 31b)을 내부로 도관시켜 열교환이 이루어지도록 구비되는 열교환기(33)와, 상기 열교환기(33) 내측으로 축열용 인입배관(37a)과 축열용 인출배관(37b)을 도관되게 각 일단이 내측과 연통되되, 상기 축열용 인출배관(37b) 도중에 설치된 축열용펌프(37c)를 통하여 순환 가 능하도록 하여 상기 열교환기(33)에서 열교환이 이루어짐과 아울러 열교환된 온수를 온수용 인입배관 및 인출배관(37d, 37e)을 통하여 공급가능하게 구비되는 축열조(37)로 이루어진다. 전술한 바와 같이, 상기 열교환기(33)는 동절기에 물의 사용이 없는 시간에 상기 집열용 인입배관 및 인출배관(31a, 31b) 내부의 물이 얼어 상기 집열용 인입배관 및 인출배관(31a, 31b)이 동파되는 것을 방지하기 위한 것이다.
그러나, 상기 태양열 온수시스템(30)은 상기 축열조(37)에서 직접 온수로 열교환이 이루어지는 것이 아니라, 별도로 설치되는 상기 열교환기(33)를 통하여 온수로 열교환이 이루어지게 되므로, 집열기(31) 입구온도가 상승하고, 이로 인해 집열효율이 떨어진다기온이 영하로 떨어지는 날씨가 계속되는 동절기에 전력 소모량이 매우 크다. 또한, 상기 열교환기(33)를 통한 열교환 시 열손실이 발생하므로, 그만큼 열효율이 떨어지며, 상기 열교환기(33), 열매체 및 축열용펌프(37c)를 추가로 구비하여야 하므로, 상기 태양열 온수시스템(30)의 전체적인 설치비용 및 유지보수 비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온수순환배관의 온도가 개방온도 이하로 떨어지면 다수의 동결방지밸브가 작동하여 내부탱크의 따뜻한 생활용수가 온수순환배관에 흐르도록 하여, 온수순환배관의 동파가 방지되고, 온수 순환배관의 온도와 축열조의 온도변화에 따라 적절히 동파방지밸브 및 동파방지히터를 작동시켜 축열조 및 온수배출관의 동파를 방지하며, 구성이 단순하고, 열효율이 매우 높으면서, 과열방지가 가능한 태양열 온수시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 태양열을 집열하는 집열기; 상기 집열기와 연결되고, 그 내부로 상기 집열기에 의해 집열된 태양열이 축적되는 작동매체가 순환하는 집열기순환배관; 상기 작동매체와 생활에 사용되는 물 사이의 열교환이 이루어지는 축열조; 상기 축열조와 연통되고, 상기 물이 공급되는 온수순환배관; 상기 온수순환배관의 일측에 구비되고 선택적으로 개폐되어 상기 축열조의 물이 상기 온수순환배관 내부로 선택적으로 흐르게 하는 동파방지밸브; 및 상기 온수순환배관의 일정 부분의 온도(T1)와 상기 축열조의 물 온도(T2) 중 적어도 하나 이상의 온도변화에 따라 상기 동파방지밸브의 작동을 제어하여 상기 온수순환배관의 동파를 방지하는 제어기를 포함하여 구성되는 태양열 온수시스템을 통해 달성된다.
본 발명에 의하면, 온수배출관의 온도(T1) 변화만을 고려하거나 온수배출관의 온도(T1) 와 축열조 내부의 물 온도(T2) 중 적어도 하나 이상의 온도변화를 고려하여 제어기가 적절히 동파방지밸브(또는 순환펌프) 및 동파방지히터를 동작시킨다. 이러한 동작 제어에 의해 축열조 내부의 상대적으로 높은 온도의 물이 온수순환배관 내부를 이동함으로 온도를 높일 수 있는 것이다.
따라서 간단한 구조를 통하여 온수순환배관이 동절기에 동파되는 것을 방지할 수 있어, 태양열 온수시스템의 효율이 좋아지고, 별도로 온수순환배관의 온도를 조절하기 위한 열선을 필요로 하지 않아 시스템의 구성이 단순해지는 효과가 있다.
또한, 축열조 내부의 온수를 이용하여 온수순환배관의 온도를 조절하기 때문에 태양열 온수시스템의 유지보수를 위한 비용이 줄어드는 효과가 있다.
또한, 동파방지히터의 동작시 온수배출관 온도(T1)뿐만 아니라 축열조 내부의 물 온도(T2)의 변화를 모두 고려하기 때문에 전기 사용량이 현저하게 줄어들어 온수시스템의 요지보수 비용이 감소하는 효과가 있다.
또한, 온수의 사용이 없어 태양열 온수시스템 내부의 물의 흐름이 없는 시간대에 온수순환배관의 온수인입관 온도가 개방온도 이하로 떨어질 때에는, 제 1 및 제 2 동결방지밸브가 개방되고, 제 3 동결방지밸브가 폐쇄되어 상기 내부탱크 내의 온수의 일정량을 온수순환배관, 즉 온수인입관 및 온수배출관으로 각각 배출시킨다. 상기 내부탱크의 온수는 작동매체와 열교환이 이루어진 상대적으로 따뜻한 온수로서 온수순환배관을 흘러 외부로 배출되면서 온수순환배관의 온도를 상승시켜 온수순환배관이 동파되는 것이 방지되는 효과가 있다.
또한, 축열조의 내부탱크 온도가 개방온도 이하로 떨어졌을 때 동파방지히터가 작동하여 폐쇄온도 이상으로 상승시켜 상기 내부탱크가 동파되는 것이 방지되는 효과가 있다. 이 때 내부탱크 내의 온수가 외부로 배출되면서 내부탱크 내의 온수의 양이 감소하여 만일에 있을지도 모르는 내부탱크의 급격한 온도저하에 의한 내부탱크의 동파를 방지하는 효과가 있다.
또한, 동절기, 특히 가정에서 생활용수를 사용하지 않는 야간에 자동으로 순환펌프가 가동됨으로써, 집열기순환배관의 동파를 막을 수 있다. 이를 위해, 기존의 밀폐형 온수시스템을 그대로 유지하면서 제1 온도센서만 추가 설치하면 되므로, 여전히 열효율이 매우 높고, 그 구성이 매우 단순하여 설치 및 고장의 가능성이 적으며, 따라서 유지관리 비용이 적게 소요될 수 있다.
또한, 집열기배출관에 제2 온도센서가 구비됨에 따라서 과열방열기 및 방열기순환펌프를 추가로 설치하지 않아도 하절기의 기온 상승으로 인한 집열기나 집열기배출관의 파손 혹은 열화를 방지할 수 있기 때문에 설치비용 및 관리비용이 소요되지 않아 경제적으로 효율적인 이점이 있다.
또한, 순환펌프의 유량을 집열기 면적 1제곱미터당 6리터/시간 내지 9리터/시간으로 제한함에 따라서, 축열조 상부와 하부에 위치한 온수의 온도 차가 10℃에서 15℃정도로 커지며, 이로 인해 온수의 성층화 효과가 극대화되어 태양열 온수시스템의 성능이 개선되는 이점이 있다.
또한, 집열기 및 집열기순환배관에 부동액 대신 물을 사용하므로, 가격이 저렴하고, 유지관리가 용이해지는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 태양열 온수시스템의 일실시예의 구성도.
도 2는 종래 기술에 의한 태양열 온수시스템의 다른 실시예의 구성도.
도 3은 종래 기술에 의한 태양열 온수시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4은 본 발명의 본 발명의 제 1 실시예에 의한 태양열 온수시스템의 바람직한 실시예의 구성도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 1-1 실시예에 의한 태양열 온수시스템에서 온수 및 작동매체의 흐름이 도시된 구성도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 1-2 실시예에 의한 태양열 온수시스템에서 동파방지를 위한 밸브의 작동 및 온수의 흐름이 도시된 구성도.
도 9는 본 발명의 제 1-3 실시예에 의한 태양열 온수시스템의 구성도.
도 10 및 도 11는 본 발명의 제 1-3 실시예에 의한 태양열 온수시스템의 작동 및 온수의 흐름을 도시한 구성도.
도 12는 본 발명의 제 2-1 실시예에 의한 태양열 온수시스템의 일실시예를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 13은 본 발명의 제 2-1 실시예에 의한 태양열 온수시스템에서 온수 및 작동매체의 흐름이 개략적으로 도시되는 도면.
도 14는 본 발명의 제 2-1 실시예에 의한 태양열 온수시스템에서 동파방지를 위한 밸브의 작동 및 온수의 흐름이 개략적으로 도시되는 도면.
도 15는 본 발명의 제 2-2 실시예에 의한 태양열 온수시스템을 개략적으로 나타내는 구성도.
도 16은 본 발명의 제 2-3 실시예에 의한 태양열 온수시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 태양열 온수시스템의 개략적인 구성도이다.
도 18은 도 20의 태양열 온수시스템이 작동할 때 물의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 20의 태양열 온수시스템이 동절기 중 야간에 작동할 때 물의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 도 17의 태양열 온수시스템이 하절기에 작동할 때 물의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 제 1 실시예의 태양열 온수시스템
110 : 집열기
115 : 집열기순환배관 120 : 온수순환배관
123 : 온수인입관 125 : 온수배출관
125': 온수유출관 125": 동파방지밸브
130 : 축열조 130a: 내부탱크
130b: 외부탱크 135 : 동파방지히터
135': 열선 227 : 연결밸브
C : 제어기 S,S': 센서
P : 순환펌프 cv: 체크밸브
300 : 제 2 실시예의 태양열 온수시스템
310 : 집열기
315 : 집열기순환배관 320 : 온수순환배관
323 : 온수인입관 325 : 온수배출관
323': 제 1 유출관 325': 제 2 유출관
323": 제 1 동결방지밸브 325": 제 2 동결방지밸브
327 : 제 3 동결방지밸브 330 : 축열조
330a: 내부탱크 330b: 외부탱크
400 : 제 3 실시예의 태양열 온수시스템
410: 축열조 420: 순환펌프
430: 집열기 440: 집열기순환배관
450: 축열조순환배관 460: 제1 온도센서
470: 제2 온도센서 480: 제어기
이하 본 발명에 의한 태양열 온수시스템의 바람직한 실시예들의 구성을 도면을 참고하여 상세하게 설명하기로 한다.
제 1 실시예
도 4에는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 태양열 온수시스템의 바람직한 실시예가 구성도로 도시되어 있다.
태양열 온수시스템(100)에는 집열기(110)가 구비된다. 상기 집열기(110)는 태양열을 효과적으로 수집하는 역할을 하는 것으로 진공관형, 평판형 등 다양한 종류의 집열기가 사용될 수 있다.
상기 집열기(110)는 집열기순환배관(115)과 연결된다. 상기 집열기순환배관(115)은 외부와 연결되지 않은 폐쇄배관으로 상기 집열기순환배관(115)의 일부가 상기 집열기(110)의 내부에 위치하게 된다. 상기 집열기순환배관(115)은 후술할 작동매체가 유동하는 통로역할을 하는 것으로 작동매체가 상기 집열기순환배관(115)을 흐르면서, 상기 집열기순환배관(115) 중 상기 집열기(110)에 위치한 부분을 통과할 때, 상기 집열기(110)에 의해 집열된 태양열을 흡수하여 후술할 생활용수에 전달하는 역할을 한다.
도시되지는 않았지만, 상기 집열기순환배관(115) 중 상기 집열기(110)에 위치한 부분은 상기 집열기(110)로 집열된 열이 최대한 작동매체로 전달될 수 있도록 상기 집열기(110)의 내부에 넓게 분포할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 집열기순환배관(115)은 외부로 열이 전달되는 것을 방지하기 위해 그 외면이 단열재로 포장될 수도 있다. 또한 도시되지는 않았지만 상기 집열기순환배관(115)에는 작동매체가 상기 집열기순환배관(115) 내부를 원활하게 순환할 수 있도록 순환펌프가 구비될 수 있다.
상기 집열기순환배관(115)의 내부에는 작동매체(도시되지 않음)가 흐른다. 상기 작동매체는 상기 집열기순환배관(115)을 흐르며 집열기(110)의 열을 전달하는 역할을 한다. 상기 작동매체는 일반적으로는 상대적으로 낮은 온도에서도 얼지 않는 부동액이 사용된다.
상기 태양열 온수시스템(100)에는 온수순환배관(120)이 구비된다. 상기 온수순환배관(120)은 생활에 사용되는 물, 즉 상수도에서 공급된 생활용수(수돗물)가 이동하는 통로역할을 하는 것으로 상기 온수순환배관(120)을 흐르는 과정에서 물의 온도가 상승한다. 좀 더 상세하게는 상기 온수순환배관(120)을 흐르면서 상기 작동매체와 열교환(전도에 의한)이 이루어져 상기 생활용수가 가열되는 것이다.
상기 온수순환배관(120)은 양측이 개방된 배관으로 일측으로 상기 생활용수를 공급하는 상수도와 연결되어 물이 유입되고, 상기 온수순환배관(120)을 통과하면서 온도가 상승한 생활용수(온수)는 타측으로 배출되어 생활에 사용된다. 상기 온수순환배관(120)에서 후술할 축열조(130)를 물이 유입되는 측을 온수인입관(123), 축열조(130) 내부의 물이 배출되는 측을 온수배출관(125)이라 하겠다.
상기 온수배출관(125)은 상기 온수인입관(123)에 비해 상대적으로 높은 위치에 있을 수도 있다. 상기 내부탱크(130a) 내에 저장된 온수는 성층화 효과에 의해 상기 내부탱크(130a)에서 상대적으로 높은 위치에 있는 온수의 온도가 낮은 위치에 있는 온수의 온도보다 높기 때문에 보다 높은 온도의 온수를 사용하기 위함이다. 상기 온수인입관(123)은 상수도에 연결되어 있기 때문에 별도의 순환펌프는 필요하지 않다.
도 4에서 보듯이, 상기 온수배출관(125)의 일측에는 온수유출관(125')이 구비된다. 상기 온수유출관(125')은 상기 온수배출관(125)과 연통되어 상기 온수배출관(125)을 통해 후술할 축열조(130)에 존재하는 물이 배출될 수 있도록 하는 통로역할을 한다. 도면에 도시되지는 않았지만 상기 온수유출관(125')에는 중수조가 연결될 수 있다. 중수조는 상기 온수유출관(125')을 통해 배출된 생활용수 및 온수가 저장되는 탱크로써, 이는 상기 온수유출관(125')을 통해 배출된 생활용수를 재사용하기 위한 것이다. 상기 중수조에 저장된 온수는 중수도로서 화장실 등에서 사용될 수 있다.
상기 온수유출관(125')에는 동파방지밸브(125")가 구비된다. 상기 동파방지밸브(125")는 상기 온수유출관(125')을 선택적으로 개폐하는 역할을 한다. 좀 더 상세하게는 상기 동파방지밸브(125")는 상기 온수인입관(123)의 일부의 온도(T1)가 일정온도 이하로 떨어졌을 때, 개방되어 상기 온수인입관(123)으로 상대적으로 온도가 높은 내부탱크(130a)에 저장된 물이 흐르도록 하는 것이다. 상기 온수인입관(123)을 통해 흐른 물은 자중에 의해 상기 온수배출관(125)으로 배출되고, 다시 중수조(도시되지 않음)에 저장되어 재활용 된다.
물은 그 성질상 고체상태(얼음)의 부피가 액체상태보다 크다. 상기 온수순환배관(120)에는 항상 물이 가득 차있는데, 물의 사용이 없는 시간대(밤시간)에는 상기 온수순환배관(120) 특히 상기 온수배출관(125) 내부의 물이 흐르지 않고 고인 상태로 놓이게 된다. 만일, 생활용수가 기온강하에 의해 얼게 되면 부피팽창에 의해 상기 온수순환배관(120)이 동파되는 현상이 발생하게 된다.
따라서 상기 온수인입관(123)의 온도가 일정온도 이하로 떨어질 때, 상대적으로 온도가 높은 내부탱크(130a) 내에 저장된 물을 상기 온수순환배관(120)보다 정확하게는, 상기 온수배출관(125)의 온도를 상승시켜 상기 온수순환배관(120)이 동파되는 것이 방지되는 것이다.
이때, 상기 온수배출관(125)의 온도는 외기에 노출되는 부분이 상대적으로 온도가 낮으므로 상기 온수배출관(123) 중에서 외기에 노출되는 부분의 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
상기 동파방지밸브(125")의 개도는 상기 온수인입관(123)의 온도변화에 따라 변화한다. 즉, 상기 온수배출관(125)의 온도가 상대적으로 많이 낮아질수록 상기 동파방지밸브(125")의 개도를 크게하여 많은 온수가 흐르도록 하여 상기 온수순환배관(120)의 온도를 높이는 것이다.
상기 온수인입관(123)의 일부의 온도(T1)가 일정온도 이상으로 상승하게 되면 다시 상기 동파방지밸브(125")가 폐쇄된다.
상기 태양열 온수시스템(100)에는 축열조(130)가 구비된다. 상기 축열조(130)는 상기 작동매체와 생활용수와의 열교환이 이루어지는 공간이다. 상기 축열조(130)는 열교환의 효율을 높이기 위해 외부로 열이 방출되지 않도록 단열재로 감싸는 것이 바람직하다. 상기 축열조(130)는 크게 내부탱크(130a)와 상기 내부탱크(130a)를 감싸는 외부탱크(130b)로 구성된다. 도 3에서 보듯이, 상기 내부탱크(130a) 및 외부탱크(130b)는 서로 연통되지 않고, 상기 내부탱크(130a)와 상기 외부탱크(130b)의 사이에는 상기 작동매체가 흐를 수 있도록 소정의 공간이 형성된다.
상기 외부탱크(130b)는 상기 집열기순환배관(115)과 연통되고, 상기 내부탱크(130a)는 상기 온수순환배관(120)과 연통된다. 상기 집열기순환배관(115)을 흐르던 상기 작동매체는 상기 외부탱크(130b)의 내부로 유입되어 흐르면서 상기 내부탱크(130a)로 열을 전달하고, 상기 내부탱크(130a)로 전달된 열이 생활용수의 온도를 상승시켜 온수로 되는 것이다. 상기 외부탱크(130b) 및 내부탱크(130a)는 열교환 효율을 높이기 위해 열전도도가 높은 구리와 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 내부탱크(130a)는 열전달이 원활히 이루어질 수 있도록 상기 외부탱크(130b)에 존재하는 작동매체와 접하는 표면적이 최대한 넓게 되는 것이 바람직하다.
상기 태양열 온수시스템(100)에는 동파방지히터(135)가 더 포함될 수 있다. 상기 동파방지히터(135)는 상기 내부탱크(130a)의 온도(T2)를 제어하는 역할을 한다. 즉 상기 내부탱크(130a) 온도(T2) 변화에 따라 열을 가하여 상기 내부탱크(130a)의 온도(T2)를 조절하는 것이다. 상기 동파방지히터(135)에는 열선(135')이 구비되고 상기 열선(135')은 그 일부가 상기 내부탱크(130a)에 위치한다. 상기 동파방지히터(135)는 후술할 제어기(C)와 연결되어 상기 내부탱크(130a)의 온도가 일정온도 이하로 떨어지면 상기 열선(135')으로 전류가 흘러 열을 발생하게 되고, 이 열에 의해 상기 내부탱크(130a)의 온도가 어느 정도 일정한 온도로 유지될 수 있도록 하여 상기 내부탱크(130a)가 동파되는 것이 방지된다. 또한 내부탱크 내에 위치하는 온수의 온도를 상승시킴으로써, 온수순환배관으로 배출되는 온수의 온도가 상승되어 온수순환배관(120)이 동결되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
상기 동파방지밸브(125") 및 상기 동파방지히터(135)는 제어기(C)와 연결된다. 상기 제어기(C)는 또한 상기 온수인입관(123) 및 상기 내부탱크(130a)의 온도를 측정하는 센서(S,S')와 각각 연결될 수 있다. 상기 제어기(C)는 상기 온수순환배관(120) 및 내부탱크(130a)의 온도를 측정하여 상기 동파방지밸브(125")의 개폐를 조절하고, 상기 동파방지히터(135)의 동작을 제어하게 된다. 상기 온수인입관(123)의 센서(S)는 상기 온수인입관(123)에서 가장 온도가 낮은 부분인 외기에 노출되는 부분에 장착될 수 있다.
이하 본 발명에 의한 태양열 온수시스템에서 동파방지를 위해 제어기(C)가 상기 동파방지밸브(125") 및 동파방지히터(135)를 제어하는 과정을 살펴보겠다. 본 실시예는 제 1-1 및 제 1-2 실시예로 구분되고, 각각의 실시예는 상기 태양열 온수시스템(100)의 구성을 동일하나 상기 온도(T1,T2)의 조건변화에 따라 상기 동파방지밸브(125") 및 동파방지히터(135)를 제어하는 과정을 달리하는 것으로 상기 태양열 온수시스템(100)의 구성은 동일한 것이다. 이하 제 1-1 실시예에 대해 설명하기로 한다.
제 1-1 실시예
도 5 및 도 6에는 본 발명 제 1-1 실시예에 의한 태양열 온수시스템에서 온수 및 작동매체의 흐름이 도시된 구성도가 도시되어 있다.
본 실시예에 의하면, 상기 제어기는 상기 온수순환배관(120), 더욱 상세하게는 상기 온수배출관(125)의 온도(T1)가 T1 < Ta(1℃≤Ta≤6℃)일 경우 더욱 바람직하게는 Ta = 4℃일 경우 상기 동파방지밸브(125")를 개방시킨다. 이때, Ta의 범위는 계절 및 지역에 따라 설정할 수 있는 것으로 평균적으로 보았을 때, 수돗물의 계절에 따른 변화를 감안하였을 경우 평균 최저 4℃이므로 4℃로 설정되는 것이 가장 바람직하다.
상기 동파방지밸브(125")가 개방되면, 상기 축열조(130), 좀 더 상세하게는 상기 축열조(130) 내부의 내부탱크에 존재하는 물이 상기 온수배출관(125)을 지내 상기 온수유출관(125')으로 배출된다. 상기 축열조(130)의 내부에 존재하는 물은 상대적으로 높은 온도의 물로 상기 온수배출관(125)을 지나면서 열교환이 이루어지고 상기 온수배출관(125)의 온도가 상승하게 된다.
상기 동파방지밸브(125")의 개방에 의해 상기 온수배출관(125)의 온도(T1)가 상승하게 되고, 상기 온수배출관(125)의 온도(T1)가 T1 > Tc(9℃≤Tc≤11℃)일때, 바람직하게는 Tc = 10℃로 상승하게 되면, 상기 제어기는 도 5에서 보듯이, 상기 동파방지밸브(125")를 폐쇄시킨다. 상기 Tc의 범위는 Ta와 같이 계절 및 지역에 따라 설정할 수 있는 값으로 연평균 수돗물 온도를 감안하였을 때, Ta = 10℃일 경우 가장 바람직하게 된다. 또한 Ta 값이 10℃ 이하일 경우 상기 동파방지밸브(125")의 동작이 빈번하게 되어 시스템 전체의 효율성이 떨어지기 때문이다. 상기 동파방지밸브(125")가 폐쇄되면 상기 축열조(130) 내부의 물 공급이 중단된다.
이와 같이 상기 제어기가 상기 동파방지밸브(125")를 조절하면 상기 온수유출관(125')의 온도는 가장 바람직할 경우(Ta = 4℃, Tc = 10℃일 경우) 4℃ < T1 < 10℃ 로 유지된다. 이는 수돗물의 평균온도가 4℃~10℃ 사이이므로 이와 같은 온도를 유지할 수 있도록 제어하는 것이다.
가장 바람직할 경우(Ta = 4℃, Tc = 10℃일 경우)에 상기 온수배출관(125)의 온도(T1)는 최대 10℃가 되기 때문에 상기 축열조(130) 내의 물의 온도는 최소한 10℃ 이상 유지시켜야 한다. 따라서, 상기 제어기는 상기 축열조(130) 내부 물의 온도(T2)가 T2 < 10℃로 떨어질 경우 동파방지히터(135)를 작동시킨다. 상기 동파방지히터(135)가 작동되면 상기 축열조(130) 내부의 물의 온도(T2)는 상승하게 된다. 상기 동파방지히터(135)의 작동에 의해 상기 축열조(130) 내부의 물의 온도(T2)가 일정온도 이상, 바람직하게는 T2 > 12℃가 되면 상기 동파방지히터(135)는 작동을 중지하게 된다. 이와 같이 상기 제어기가 상기 동파방지밸브(125") 및 동파방지히터(135)를 제어하여 동절기에 상기 온수순환배관(120)이 동파되는 것이 방지되고, 별도의 히터를 사용하지 않아도 되기 때문에 상기 태양열 온수시스템(100)의 유지 보수비용이 줄어들게 된다.
이하 본 발명의 제 1-2 실시예에 의한 태양열 온수시스템(100)을 도면을 참고하여 설명하기로 한다.
제 1-2 실시예
도 7 및 도 8에는 본 발명 제 1-2 실시예에 의한 태양열 온수시스템에서 동파방지를 위한 밸브의 작동 및 온수의 흐름이 도시된 구성도가 도시되어 있다.
제 1-1 실시예는 극한지방에서 사용할 경우 동파방지히터(135)의 작동시간이 길어 질 수 있기 때문에 극한지방에는 적합하지 않다. 따라서 극한지방에서 사용하기 적합한 제 1-2 실시예에 의한 태양열 온수시스템에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에 의하면, 제어기는 온수배출관(125)의 일부의 온도(T1)가 T1 < Ta(1℃≤Ta≤6℃) 일 경우 더욱 바람직하게는 Ta = 4℃일 경우에 동파방지밸브(125")를 개방시킨다. 상기 동파방지밸브(125")가 개방되면, 축열조(130), 좀 더 상세하게는 상기 축열조(130) 내부의 내부탱크에 존재하는 물이 상기 온수배출관(125)을 지내 상기 온수유출관(125')으로 배출된다. 상기 축열조(130)의 내부에 존재하는 물은 상대적으로 높은 온도의 물로 상기 온수배출관(125)을 지나면서 열교환이 이루어지고 상기 온수배출관(125)의 온도가 상승하게 된다.
그 후, 상기 온수배출관(125)의 온도(T1)가 다음 1), 2)의 조건을 만족하는 경우 상기 제어기는 상기 동파방지밸브(125")를 폐쇄시킨다.
- 다 음 -
1) T2 > Tb, T1 > Tc
2) T2 ≤ Tb, T1 > T2 - dT
※ 11℃< Tb ≤14℃, 9℃≤Tc≤11℃, 1℃≤dT≤3℃
이를 해석하면 1) 상기 축열조(130) 내부의 물의 온도(T2)가 T2 > Tb(11℃< Tb ≤14℃) 일 때, 상기 온수배출관(125)의 온도(T1)의 온도가 T1 > Tc(9℃≤Tc≤11℃) 인 경우, 2) 상기 축열조(130) 내부의 물의 온도(T2)가 T2 ≤ Tb(11℃< Tb ≤14℃) 일 때, 상기 온수배출관(125)의 온도(T1)의 온도가 T1 > T2 - dT(1℃≤dT≤3℃)인 경우에 상기 동파방지밸브(125")가 폐쇄된다.
본 실시예에서는 상기 온수배출관(125)의 온도(T1)뿐만 아니라 상기 축열조(130) 내부의 물의 온도(T2)까지 고려하는 서로의 조건에 알맞도록 조절하는 것이다. 이는 극한 지방의 경우 온도가 상대적으로 매우 낮아 제 1-1 실시예에서와 같이 상기 축열조(130) 내부의 물의 온도(T2)를 일정온도 이상 유지하는 것이 힘들고 이를 위해 동파방지히터를 사용할 경우 소요되는 전력량이 매우 크기 때문이다. 따라서 축열조(130) 내부의 물의 온도(T2)를 고려하여 상기 제어기가 상기 동파방지밸브(125")를 제어하도록 하는 것이다.
가장 바람직한 경우는 상기 Ta 는 4℃이고, 상기 Tb는 12℃이며, 상기 Tc는 10℃이고, 상기 dT는 2℃인 경우이다. 상기 dT가 2℃인 이유는 상기 제어기의 오동작을 막아주기 위한 값으로의 최소치가 2℃이기 때문이고, 상기 Tb가 12℃인 것은 상기 dT값 및 Tc값을 고려한 값이다. 상기 Ta 및 Tc의 경우 앞선 제 1-1 실시예의 경우와 동일한 것으로 그 설명은 생략하겠다.
가장 바람직한 경우(Ta = 4℃, Tb = 12℃, Tc = 10℃, dT = 2℃ 인 경우) 상기 축열조(130) 내부의 물의 온도(T2)는 상기 동파방지밸브(125")를 개방시키는 기준온도가 되는 4℃ 이상으로 유지함과 동시에 위의 2)의 조건을 만족시키기 위하여 6℃이상으로 유지되어야 한다.( 조건 2) 에서 T1 > T2 - 2℃ 이므로 T1은 최소한 6℃ 이상으로 유지되어야 함) 따라서, 상기 제어기는 상기 축열조(130) 내부의 물의 온도(T2)가 T2 < 6℃일 경우 상기 동파방지히터(135)를 동작시켜 상기 축열조(130)의 물의 온도(T2)를 상승시키게 되고, 상기 축열조(130)의 물의 온도(T2)가 T2 > 8℃인 경우 상기 동파방지히터(135)의 작동을 중지시키게 된다.
이와 같은 제 1-2 실시예에 의하면, 상기 온수배출관(125)의 온도(T1) 뿐만 아니라 상기 축열조(130)의 물 온도(T2)를 고려하여 상기 제어기가 상기 동파방지밸브(125") 및 상기 동파방지히터(135)를 제어하기 때문에 극한지방에서도 상기 축열조(130) 물의 온도(T2)를 필요이상의 온도로 유지시키지 않아도 되어, 상기 태양열 온수시스템(100)의 효율이 좋아지고, 유지보수 비용이 줄어들게 된다.
제 1-3 실시예
이하 도면을 참고하여 제 1-3 실시예에 의한 태양열 온수시스템에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 9에는 본 발명 제 1-3 실시예에 의한 태양열 온수시스템의 구성도가 도시되어 있고, 도 10 및 도 11에는 본 발명 제 1-3 실시예에 의한 태양열 온수시스템의 작동 및 온수의 흐름을 도시한 구성도가 도시되어 있다.
제 1-3 실시예의 구성은 연결배관(227) 및 체크밸브(cv), 순환펌프(P)의 구성이 추가된 것으로 다른 구성은 동일한 바, 이들 구성요소를 중심으로 설명하겠다.
온수인입관(223)과 온수배출관(225)의 사이에는 연결배관(227)이 구비된다. 상기 연결배관(227)은 상기 온수인입관(223)과 상기 온수배출관(225)의 서로 연통시키는 역할을 하는 것으로 상기 연결배관(227)을 통해 축열조(230) 내부의 물이 상기 온수인입관(223)과 상기 온수배출관(225)의 내부에서 순환하게 된다. 즉, 상기 온수배출관(225)을 통해 배출된 상기 축열조(230)의 물이 상기 연결배관(227)을 지나 상기 온수인입관(223)으로 다시 유입되는 것이다.
상기 연결배관(227)에는 체크밸브(cv)가 구비된다. 상기 체크밸브(cv)는 상기 연결배관(227)을 선택적으로 연통시키는 역할을 하는 것으로 상기 연결배관(227)을 통해 일방의 흐름만이 가능하도록 하는 것이다. 좀 더 상세하게는, 상기 온수인입관(223)에서 상기 온수배출관(225)을 향하는 흐름, 또는 상기 온수배출관(225)에서 상기 온수인입관(223)을 향하는 흐름만을 가능하도록 선택적으로 개폐시키는 것이다. 본 실시예에서는 상기 온수배출관(225)에서 상기 온수인입관(223)으로 물이 흐르는 경우에 상기 체크밸브(cv)가 개방되는 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.
상기 연결배관(227)에는 순환펌프(P)가 구비된다. 상기 순환펌프(P)는 상기 연결배관(227)을 통해 물이 흐를 수 있는 동력을 제공하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 상기 순환펌프(P)가 상기 온수배출관(225)에서 상기 온수인입관(223)으로 물이 흐르도록 상기 순환펌프(P)가 동력을 제공하는 경우를 예를 들어 설명하겠다.
상기 순환펌프(P)는 제어기(C)에 의해 제어된다. 상기 순환펌프(P)의 제어를 상세하게 살펴보겠다.
본 실시예에 의하면, 제어기(C)는 온수배출관(225)(225)의 일부의 온도(T1)가 T1 < Ta(1℃≤Ta≤6℃) 일 경우 더욱 바람직하게는 Ta = 2℃일 경우에 상기 순환펌프(P)를 작동시킨다. 상기 순환펌프(P)가 작동되면, 축열조(230)(130), 좀 더 상세하게는 상기 축열조(230) 내부의 내부탱크(230a)에 존재하는 물이 상기 온수배출관(225)(125) 및 상기 연결배관(227)을 지나 상기 온수인입관(223)으로 유입되어 다시 상기 축열조(230)의 내부탱크(230a)로 유입된다. 이와 같은 경로를 지나 상기 내부탱크(230a)의 상대적으로 높은 온도의 물로 상기 온수배출관(225) 및 상기 온수인입관(223)의 온도를 상승시키는 것이다. 상기 순환펌프(P)가 작동되면 상기 체크밸브(cv)는 개방되어 상기 연결배관(227)을 통해 물이 흐른다.
그 후, 상기 온수배출관(225)의 온도(T1)가 다음 1), 2)의 조건을 만족하는 경우 상기 제어기(C)는 상기 순환펌프(P)의 작동을 중지시킨다.
- 다 음 -
1) T2 > Tb, T1 > Tc
2) T2 ≤ Tb, T1 > T2 - dT
※ 11℃< Tb ≤14℃, 9℃≤Tc≤11℃, 1℃≤dT≤3℃
이를 해석하면 1) 상기 축열조(230) 내부의 물의 온도(T2)가 T2 > Tb(11℃< Tb ≤14℃) 일 때, 상기 온수배출관(225) 의 온도(T1)의 온도가 T1 > Tc(9℃≤Tc≤11℃) 인 경우, 또는 2) 상기 축열조(230) 내부의 물의 온도(T2)가 T2 ≤ Tb(11℃< Tb ≤14℃) 일 때, 상기 온수배출관(225) 의 온도(T1)의 온도가 T1 > T2 - dT(1℃≤dT≤3℃)인 경우에 상기 순환펌프(P)가 중지되는 것이다.
상기 순환펌프(P)의 동작이 중지되면 상기 체크밸브(cv)는 조건에 따라 폐쇄되고, 따라서 상기 연결배관(227)을 통해 물이 역류되지 않게 된다.
본 실시예에서도 제 1-2 실시예에서와 같이 상기 온수배출관(225)(125)의 온도(T1)뿐만 아니라 상기 축열조(230) 내부의 물의 온도(T2)까지 고려하는 서로의 조건에 알맞도록 조절하도록 하였다. 이 때 상기 순환펌프(P)의 동작을 위한 전력량은 열선을 가동시키는 경우보다 적게 소모되기 때문에 그 효율성이 더 좋아지고, 동절기에 수돗물을 흐르게 하여 동파를 방지하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있어 상대적으로 낮은 온도에서 별도로 상기 축열조(230)를 가열하지 않아도 된다. 하지만, 예비적으로 별도의 동파방지히터(235)를 적용하여 사용하는 것도 가능하고 이때 상기 동파방지히터(235)의 작용 조건은 제 1-2 실시예와 동일하므로 별도의 설명을 생략하겠다.
가장 바람직한 경우는 상기 Ta 는 2℃이고, 상기 Tb는 12℃이며, 상기 Tc는 10℃이고, 상기 dT는 2℃인 경우이다. 이때의 설정값들은 제 1-2 실시예에서와 동일하므로 별도의 설명을 생략하겠다.
이와 같은 제 1-3 실시예에 의하면, 상기 온수배출관(225) 및 상기 온수인입관(223)의 내부를 상기 축열조(230) 내부의 물이 순환하도록 하여 상대적으로 낮은 온도에서도 상기 태양열 온수시스템(200)의 동파를 방지할 수 있고, 그 효율 또한 좋아져 유지보수비용이 줄어들게 된다.
제 2-1 실시예
도 12에는 본 발명의 제 2-1 실시예에 의한 태양열 온수시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
태양열 온수시스템(300)에는 집열기(310)가 구비된다. 상기 집열기(310)는 태양열을 효과적으로 수집하는 역할을 하는 것으로 진공관형, 평판형 등 다양한 종류의 집열기가 사용될 수 있다.
상기 집열기(310)는 집열기순환배관(315)과 연결된다. 상기 집열기순환배관(315)은 외부와 연결되지 않은 폐쇄배관으로 상기 집열기순환배관(315)의 일부가 상기 집열기(310)의 내부에 위치하게 된다. 상기 집열기순환배관(315)은 후술할 작동매체가 유동하는 통로역할을 하는 것으로 작동매체가 상기 집열기순환배관(315)을 흐르면서, 상기 집열기순환배관(315) 중 상기 집열기(310)에 위치한 부분을 통과할 때, 상기 집열기(310)에 의해 집열된 태양열을 흡수하여 후술할 생활용수에 전달하는 역할을 한다.
도시되지는 않았지만, 상기 집열기순환배관(315) 중 상기 집열기(310)에 위치한 부분은 상기 집열기(310)로 집열된 열이 최대한 작동매체로 전달될 수 있도록 상기 집열기(310)의 내부에 넓게 분포할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 집열기순환배관(315)은 외부로 열이 전달되는 것을 방지하기 위해 그 외면이 단열재로 포장될 수도 있다. 또한 도시되지는 않았지만 상기 집열기순환배관(315)에는 작동매체가 상기 집열기순환배관(315) 내부를 원활하게 순환할 수 있도록 순환펌프가 구비될 수 있다.
상기 집열기순환배관(315)의 내부에는 작동매체(도시되지 않음)가 흐른다. 상기 작동매체는 상기 집열기순환배관(315)을 흐르며 집열기(310)의 열을 전달하는 역할을 한다. 상기 작동매체는 일반적으로는 상대적으로 낮은 온도에서도 얼지 않는 부동액이 사용된다.
상기 태양열 온수시스템(300)에는 온수순환배관(320)이 구비된다. 상기 온수순환배관(320)은 생활에 사용되는 용수, 즉 상수도에서 공급된 생활용수(수돗물)가 이동하는 통로역할을 하는 것으로 상기 온수순환배관(320)을 흐르는 과정에서 상기 생활용수의 온도가 상승한다. 좀 더 상세하게는 상기 온수순환배관(320)을 흐르면서 상기 작동매체와 열교환(전도에 의한)이 이루어져 상기 생활용수가 가열되는 것이다. 본 실시예에서는 상기 생활용수가 가열된 상태를 온수라 하겠다.
상기 온수순환배관(320)은 양측이 개방된 배관으로 일측으로 상기 생활용수를 공급하는 상수도와 연결되어 상기 생활용수가 유입되고, 상기 온수순환배관(320)을 통과하면서 온도가 상승한 생활용수(온수)는 타측으로 배출되어 생활에 사용된다. 상기 온수순환배관(320)에서 후술할 축열조(330)를 기준으로 생활용수가 유입되는 측을 온수인입관(323), 덥혀진 온수가 배출되는 측을 온수배출관(325)이라 하겠다.
상기 온수배출관(325)은 상기 온수인입관(323)에 비해 상대적으로 높은 위치에 있을 수도 있다. 상기 내부탱크(330a) 내에 저장된 온수는 성층화 효과에 의해 상기 내부탱크(330a)에서 상대적으로 높은 위치에 있는 온수의 온도가 낮은 위치에 있는 온수의 온도보다 높기 때문에 보다 높은 온도의 온수를 사용하기 위함이다. 상기 온수인입관(323)은 상수도에 연결되어 있기 때문에 별도의 순환펌프는 필요하지 않다.
상기 온수인입관(323) 및 온수배출관(325)에는 제 1 및 제 2 유출관(323', 325')이 구비된다. 상기 제 1 및 제 2 유출관(323', 325')은 상기 온수인입관(323) 및 온수배출관(325)과 연통되어 상기 온수인입관(323) 및 온수배출관(325)을 통해 후술할 내부탱크(330a)에 존재하는 생활용수 및 온수가 배출될 수 있도록 하는 통로역할을 한다. 도면에 도시되지는 않았지만 상기 제 1 및 제 2 유출관(323', 325')에는 중수조가 연결될 수 있다. 중수조는 상기 제 1 및 제 유출관(323', 325')을 통해 배출된 생활용수 및 온수가 저장되는 탱크로써, 이는 상기 제 1 및 제 2 유출관(323', 325')을 통해 배출된 생활용수를 재사용하기 위한 것이다. 상기 중수조에 저장된 온수는 중수도로써 화장실 등에서 사용될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 유출관(323', 325')에는 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")가 구비된다. 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")는 상기 제 1 및 제 2 유출관(323', 325')을 선택적으로 개폐하는 역할을 한다. 좀 더 상세하게는 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")는 상기 온수인입관(323)의 온도가 일정온도, 바람직하게는 2℃ 이하의 온도로 떨어졌을 때, 개방되어 내부탱크(330a)에 저장된 상대적으로 온도가 높은 온수가 자중에 의해 상기 온수인입관(323) 및 상기 온수배출관(325)으로 흐르도록 하는 역할을 한다. 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")이 개방되는 온도를 개방온도라 하겠다.
후술하겠지만 상기 온수인입관(323)은 상수도와 연결되어 있어 생활용수가 공급되는데 이는 후술할 제 3 동결방지밸브(327)가 폐쇄되어 상기 생활용수의 공급을 차단하게 된다. 즉, 상기 제 1 동결방지밸브(323")가 개방될 때, 제 3 동결방지밸브(327)가 폐쇄되어 상기 생활용수의 유입이 차단됨과 동시에 내부탱크(330a)의 온수가 상기 온수인입관(323)으로 역류하여 상기 제 1 유출관(323')을 통해 상기 중수조로 유입된다. 또한, 상기 제 2 동결방지밸브(325")가 개방됨에 의해 온수가 상기 온수배출관(325)을 거쳐 상기 제 2 유출관(325')을 통해 상기 중수조로 유입된다.
물은 그 성질상 고체상태(얼음)의 부피가 액체상태보다 크다. 상기 온수순환배관(320)에는 항상 생활용수가 가득 차있는데, 생활용수의 사용이 없는 시간대(밤시간)에는 상기 온수순환배관(320) 특히 상기 온수인입관(323) 내부의 생활용수가 흐르지 않고 고인 상태로 놓이게 된다. 이때, 생활용수가 기온강하에 의해 얼게 되면 부피팽창에 의해 상기 온수순환배관(320)이 동파되는 현상이 발생하게 된다.
따라서 상기 온수인입관(323)의 온도가 개방온도 이하로 떨어질 때, 상대적으로 온도가 높은 내부탱크(330a) 내에 저장된 온수를 상기 온수순환배관(320)에 흐르게 함으로써, 상기 온수순환배관(320)의 온도를 상승시켜 상기 온순환배관(320)이 동파되는 것이 방지되는 것이다. 본 발명의 실시예에서는 물의 얼기 시작하기 전에 미리 온도를 높이기 위해 바람직하게 개방온도를 2℃로 하여 상기 온수인입관(323)의 온도가 2℃에 이르렀을 때 온수를 흘려 보낼 수 있다.
이때, 상기 온수순환배관(320)에서 상기 온수인입관(323)의 온도를 측정하는 것은 상기 온수인입관(323)으로는 상대적으로 온도가 낮은 생활용수가 유입되고, 상기 온수배출관(325)으로는 온도가 높은 온수가 배출되기 때문에 상기 온수인입관(323)의 온도가 상기 온수배출관(325) 보다 낮기 때문이다. 또한, 상기 온수인입관(323)에서도 외기에 노출되는 부분이 상대적으로 온도가 낮으므로 상기 온수인입관(323) 중에서 외기에 노출되는 부분의 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
상기 온수순환배관(320) 중 온수인입관(323)에는 제 3 동결방지밸브(327)가 구비된다. 상기 제 3 동결방지밸브(327)는 상기 온수순환배관(320)의 온도변화에 따라 제 1 동결방지밸브(323")가 개방되었을 때, 반대로 폐쇄되어 상기 온수인입관(323)으로 생활용수가 공급되지 않도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 제 3 동결방지밸브(327)는 평소에는 열려있는 상태이지만, 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")가 개방되었을 때, 상기 제 3 동결방지밸브(327)가 폐쇄되어 생활용수의 공급을 중단시키는 것이다.
상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")의 개도는 상기 온수인입관(323)의 온도변화에 따라 변화한다. 즉, 상기 온수인입관(323)의 온도가 상대적으로 많이 낮아질수록 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")의 개도가 커져 많은 온수가 흐르도록 하여 상기 온수순환배관(320)의 온도를 높이는 것이다.
상기 온수인입관(323)의 온도가 폐쇄온도 이상으로 상승하게 되면 다시 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")는 폐쇄되고, 상기 제 3 동결방지밸브(327)가 개방되면서 생활용수가 상기 온수인입관 및 온수배출관(323, 325)으로 유입된다. 본 발명의 실시예에서는 실험에 의하였을 때, 상기 온수인입관(323)의 온도가 10℃ 이상이 된 경우에 온수순환배관의 동결이 방지되므로 바람직하게 폐쇄온도를 10℃로 한다. 상기 제 1 내지 제 3 동결방지밸브(323", 325", 327)의 개폐 및 개도는 후술할 제어기(340)에 의해 조절된다.
상기 태양열 온수시스템(300)에는 축열조(330)가 구비된다. 상기 축열조(330)는 상기 작동매체와 생활용수와의 열교환이 이루어지는 공간이다. 상기 축열조(330)는 열교환의 효율을 높이기 위해 외부로 열이 방출되지 않도록 단열재로 감싸는 것이 바람직하다. 상기 축열조(330)는 크게 내부탱크(330a)와 상기 내부탱크(330a)를 감싸는 외부탱크(330b)로 구성된다. 도 3에서 보듯이, 상기 내부탱크(330a) 및 외부탱크(330b)는 서로 연통되지 않고, 상기 내부탱크(330a)와 상기 외부탱크(330b)의 사이에는 상기 작동매체가 흐를 수 있도록 소정의 공간이 형성된다.
상기 외부탱크(330b)는 상기 집열기순환배관(315)과 연통되고, 상기 내부탱크(330a)는 상기 온수순환배관(320)과 연통된다. 상기 집열기순환배관(315)을 흐르던 상기 작동매체는 상기 외부탱크(330b)의 내부로 유입되어 흐르면서 상기 내부탱크(330a)로 열을 전달하고, 상기 내부탱크(330a)로 전달된 열이 생활용수의 온도를 상승시켜 온수로 되는 것이다. 상기 외부탱크(330b) 및 내부탱크(330a)는 열교환 효율을 높이기 위해 열전도도가 높은 구리와 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 내부탱크(330a)는 열전달이 원활히 이루어질 수 있도록 상기 외부탱크(330b)에 존재하는 작동매체와 접하는 표면적이 최대한 넓게 되는 것이 바람직하다.
상기 태양열 온수시스템(300)에는 동파방지히터(335)가 더 포함될 수 있다. 상기 동파방지히터(335)는 상기 내부탱크(330a)의 온도가 개방온도, 즉 영상 2℃이하로 떨어질 경우 상기 내부탱크(330a)에 열을 가하여 상기 내부탱크(330a)가 일정 온도를 높이는 역할을 한다. 상기 동파방지히터(335)에는 열선(335')이 구비되고 상기 열선(335')은 그 일부가 상기 내부탱크(330a)에 위치한다. 상기 동파방지히터(335)는 후술할 제어기(340)와 연결되어 상기 내부탱크(330a)의 온도가 일정온도 이하로 떨어지면 상기 열선(335')으로 전류가 흘러 열을 발생하게 되고, 이 열에 의해 상기 내부탱크(330a)의 온도가 어느 정도 일정한 온도로 유지될 수 있도록 하여 상기 내부탱크(330a)가 동파되는 것이 방지된다. 또한 내부탱크 내에 위치하는 온수의 온도를 상승시킴으로써, 온수순환배관으로 배출되는 온수의 온도가 상승되어 온수순환배관의 동결이 방지되는 효과가 증대된다.
상기 동파방지히터(335)는 상기 내부탱크(330a)의 온도가 폐쇄온도, 즉 10℃ 이상으로 올라가게 되면 작동을 멈춘다.
상기 제 1 내지 제 3 동파방지밸브(323", 325", 327) 및 상기 동파방지히터(335)는 제어기(340)와 연결된다. 상기 제어기(340)는 또한 상기 온수인입관(323) 및 상기 내부탱크(330a)의 온도를 측정하는 센서(S,S')와 각각 연결될 수 있다. 상기 제어기(340)는 상기 온수순환배관(320) 및 내부탱크(330a)의 온도를 측정하여 상기 제 1 내지 제 3 동파방지밸브(323", 325", 327)의 개폐를 조절하고, 상기 동파방지히터(335)의 동작을 제어하게 된다. 상기 온수인입관(323)의 센서(S)는 상기 온수인입관(323)에서 가장 온도가 낮은 부분인 외기에 노출되는 부분에 장착될 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 태양열 온수시스템의 동작과정을 상세하게 설명하기로 한다.
도 13은 본 발명의 제 2-1 실시예에 의한 태양열 온수시스템에서 온수 및 작동매체의 흐름을 개략적으로 도시하는 도면이며, 도 14는 본 발명의 제 2-1 실시예에 의한 태양열 온수시스템에서 동파방지를 위한 밸브의 작동 및 온수의 흐름을 개략적으로 도시하는 도면이다.
먼저 집열기(310)는 태양열이 집열되어 온도가 상승한다. 상기 집열기(310)에 의해 집열된 태양열은 상기 집열기(310)와 연결된 집열기순환배관(315)을 흐르는 작동매체로 전달된다. 상기 집열기(310)를 통과하여 가열된 작동매체는 다시 축열조(330), 좀 더 상게하게는 외부탱크(330b)로 유입된다. 한편 상수도를 통해 온수순환배관(320)으로 유입된 생활용수는 온수인입관(323)을 통해 내부탱크(330a)로 전달된다.
상기 축열조(330)에서는 상기 외부탱크(330b)로 전달된 상대적으로 온도가 높은 작동매체와 상기 내부탱크(330a)로 유입된 상대적으로 온도가 낮은 생활용수 는 전도에 의한 열교환이 이루어져 온수로 된다. 상기 내부탱크(330a)의 온수는 상기 온수배출관(325)을 통해 배출되어 가정에서 사용된다. 그리고, 상기 외부탱크(330b)를 통과한 작동매체는 상기 생활용수에 열을 전달하여 상대적으로 낮은 온도가 되고, 상기 집열기순환배관(315)을 흐르며 다시 상기 집열기(310)로 흘러들어가 상대적으로 높은 온도의 작동매체로 된다. 이와 같은 과정이 반복되면서 상기 태양열 온수시스템(300)에 의해 생활용수가 온도가 높은 온수로 되는 것이다.
이하 동파방지를 위한 태양열 온수시스템(300)의 작동을 살펴보겠다.
상기 제어기(340)는 상기 내부탱크(330a) 및 상기 온수인입관(323)에 설치된 센서(S,S')와 연결되어 상기 내부탱크(330a) 및 온수인입관(323)의 온도를 전달받는다. 만일 동파방지히터(335)가 구비된 경우라면, 상기 내부탱크(330a)의 온도가 개방온도(2℃) 이하로 하강 시, 상기 제어기(340)는 상기 동파방지히터(335)를 작동시켜 상기 내부탱크(330a) 내의 온수의 온도를 상승시키고, 상기 축열조(330)가 동파되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 내부탱크(330a)의 온도가 상승함에 따라 상기 외부탱크(330b)와의 열교환량이 작아지게 되고, 상기 외부탱크(330b)를 지나 배출된 상기 작동매체는 높은 온도를 유지하게 될 것이다.
한편 상기 온수인입관(323)의 온도가 개방온도 이하로 떨어지게 되면 상기 제어기(340)는 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")를 개방시키고 상기 제 3 동결방지밸브(327)를 폐쇄한다. 상기 내부탱크(330a)에 저장된 생활용수는 상기 축열조(330)에서 작동매체와 열교환 등이 이루어진 상대적으로 온도가 높은 온수이다. 상기 내부탱크(330a) 내의 온수는 자중에 의해 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")를 통해 상기 제 1 및 제 2 유출관(323', 325')을 지나 중수조로 배출되어 저장되고, 배출되는 과정에서 상기 온수순환배관(320)의 온도를 상승시킨다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")의 개도(밸브가 열리는 정도)는 상기 온수인입관(323)의 온도가 개방온도에서 더 떨어질 수록 크게 된다.
상기 제 3 동결방지밸브(327)가 폐쇄됨으로 인하여 상기 온수인입관(323)으로의 생활용수 공급이 중단되고 상기 내부탱크(330a) 내에 존재하는 생활용수의 양이 감소하게 된다. 상술한 바와 같이 상기 내부탱크(330a) 내의 온수의 양이 적어짐에 의해 극한의 기온저하에 의해 상기 내부탱크(330a)가 동파되는 것 또한 방지할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 유출관(323", 325")은 상기 중수조와 연결되므로 상기 내부탱크(330a)에서 외부로 유출된 온수는 다시 중수도로써 재사용할 수 있다.
상기 온수인입관(323)의 온도가 다시 폐쇄온도(영상 10℃) 이상으로 올라가면 상기 제어기(340)는 상기 제 1 및 제 2 동결방지밸브(323", 325")를 폐쇄시키고 상기 제 3 동결방지밸브(327)를 개방된다.
이 때 상기 온수인입관(323)을 통해 생활용수가 유입되고, 유입된 생활용수는 다시 상기 내부탱크(330a)로 유입된다. 이와 같이 기온의 하강에 의해 상기 온수순환배관(320)이 동파 될 수 있는 상황에서 상기 온수인입관(323)의 온도가 개방온도 이하로 떨어지면 상기 제 1 및 제 2, 제 3 동결방지밸브(323",325", 327)를 활용하여 개방온도 이하로 떨어지지 않도록 상대적으로 높은 온도의 내부탱크(330a)의 생활용수를 역류시켜 태양열 온수시스템(300)이 동파되는 것이 방지되게 된다.
제 2-2 실시예
도 15는 본 발명의 제 2-2 실시예에 의한 태양열 온수시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예를 구성하는 집열기(300), 집열기순환배관(315), 축열조(330), 동파방지히터(335), 열선(335'), 제어기(340), 센서(S, S')등에 관해서는 상술한 본 발명의 일시예에 의한 태양열 온수시스템의 서술 내용과 동일한 바 여기에서는 그 기재를 생략하며, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예의 특징을 위주로 기술하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예를 따르면, 온수인입관(323)에는 상수도가 연결될 수 있으며, 온수인입관(323)을 통하여 생활용수가 유입된다. 이러한 온수인입관(323) 중 일정부분(예컨대, 외기에 노출되는 부분)은 온수배출관(325)과 물리적으로 서로 맞닿아 있으며, 이렇게 맞닿아 있는 부분은 단열부재로 둘러 싸여질 수 있다.
생활용수의 사용이 없는 시간대(예를 들면, 밤시간)에 온수배출관(325)에 구비된 센서(S)를 통해 감지된 온도가 개방온도 이하(예를 들면, 개방온도는 4℃일 수 있다)인 경우에는, 제어부(340)에 의해 동결방지밸브(328)가 개방되어, 축열조 (330) 내의 온수가 온수배출관(325) 및 온수배출관(325)과 연통하는 유출관(326)으로 배출된다. 그 결과 온수배출관(325) 및 온수배출관(325)에 맞닿아 있는 온수인입관(323)의 일정부분(예컨대, 외기에 노출되는 부분)의 온도는 상승하게 되며, 동파가 방지된다.
그 후 온수배출관(323)에 구비된 센서(S)를 통해 감지된 온도가 폐쇄온도 이상인 경우(예를 들면, 폐쇄온도는 10℃일 수 있다)에는 제어부(340)에 의해 동결방지밸브(328)가 폐쇄되어, 축열조(330) 내의 온수가 온수배출관(325) 및 유출관(326)으로 배출되는 것이 방지된다. 이러한 센서(S)는 온수배출관(323)이 외기와 노출된 부분에 구비될 수 있다.
이 때 동결방지밸브(328)의 개도는 온수배출관(325)중 일정부분(예컨대, 외기에 노출되는 부분)의 온도가 개방온도에서 더 떨어질수록 크게 되며, 상술한 본 발명의 일 실시예에서와 마찬가지로 필요한 경우 축열조(330) 내의 동파방지히터(335)가 작동되어, 축열조(330) 내부에 존재하는 온수의 온도를 높일 수 있다. 다만, 이러한 축열조(330) 내부의 동파방지히터(335)는 폐쇄온도보다 2℃ 정도 높은 온도에서 작동되고, 폐쇄온도보다 4℃ 정도 높은 온도가 되면 작동을 멈추는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예와는 달리 센서(S)가 온수인입관(323)보다 온도가 높은 온수배출관(325) 상에 구비되기 때문에, 개방온도가 본 발명의 일실시예의 경우보다는 높게 형성될 수 있다.
제 2-3 실시예
도 16은 본 발명의 제 2-3 실시예에 의한 태양열 온수시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
본 발명의 또 다른 실시예를 구성하는 집열기(300), 집열기순환배관(315), 축열조(330) 등에 관해서는 상술한 본 발명의 일시예에 의한 태양열 온수시스템의 서술 내용과 동일한 바 여기에서는 그 기재를 생략하며, 이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예의 특징을 위주로 기술하기로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예를 따르면, 온수인입관(323)에는 상수도가 연결될 수 있으며, 온수인입관(323)을 통하여 생활용수가 유입된다. 이러한 온수인입관(323) 중 일정부분(예컨대, 외기에 노출되는 부분)은 온수배출관(325)과 물리적으로 서로 맞닿아 있으며, 이렇게 맞닿아 있는 부분은 단열재로 둘려 싸여질 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 유출관(326)에는 온도측정센서가 포함된 동결방지밸브(329)가 구비되는데, 여기에서는 센서가 포함되어 있으므로 동결방지밸브(329)가 구비된 부분의 온도가 개방온도 이하(예를 들면, 개방온도는 4℃일 수 있다)로 내려가게 되면 개방되고, 폐쇄온도 이상(예를 들면, 폐쇄온도는 10℃일 수 있다)으로 올라가게 되면 폐쇄된다. 동결방지밸브(329)에 포함된 센서에 의해 감지된 온도가 개방온도 이하로 내려가게 되면, 동결방지밸브(329)가 개방되어 축열조(330) 내의 온수가 온수배출관(325) 및 유출관(326)으로 배출되어 온수인입관(323) 중 일정부분(예컨대, 외기에 노출되는 부분)이 동파되는 것이 방지된다. 그 후 동결방지밸브(329)에 포함된 센서에 의해 감지된 온도가 일정온도 이상이 되면, 동결방지밸브(329)가 폐쇄되어 축열조(330) 내의 온수가 온수배출관(325) 및 유출관(326)으로 배출되는 것이 방지된다.
제 3 실시예
도 17는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양열 온수시스템의 개략적인 구성도이고, 도 18은 도 17의 태양열 온수시스템이 작동할 때 물의 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 19는 도 17의 태양열 온수시스템이 동절기 중 야간에 작동할 때 물의 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 20은 도 17의 태양열 온수시스템이 하절기에 작동할 때 물의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 18 참조하면, 본 실시예에 따른 태양열 온수시스템(400)은 축열조(410), 순환펌프(420), 집열기(430), 집열기순환배관(440), 축열조순환배관(450), 제1, 2 온도센서(460, 470) 및 제어기(480)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 축열조(410) 및 상기 축열조순환배관(450)은 실내에, 상기 순환펌프(420), 상기 집열기(430) 및 상기 제1 온도센서(460)는 실외에 위치한다.
상기 축열조(410)는 외부로 열이 방출되지 않도록 단열재로 피복되어 실내에 설치되며, 상기 축열조순환배관(450) 및 집열기순환배관(440)과 연결된다. 상기 축열조순환배관(450)은 축열조유입관(451) 및 축열조배출관집열기배출관(442)52)으로 구성되고, 상기 집열기순환배관(440)은 집열기유입관(441) 및 집열기배출관(442)으로 구성되는데, 이에 관해서는 하기에서 상세히 살펴보기로 한다. 상기 축열조(410)는 상기 축열조유입관(451)을 통해 하부로 유입된 물, 즉 생활에 사용되는 용수(생활용수, 수돗물)를 수용하고, 수용된 생활용수는 상기 집열기유입관(441)을 통해 배출된다. 그리고 배출된 생활용수는 상기 집열기(430)에 의해 가열되어 온도가 상승하게 되는데, 이러한 생활용수는 상기 집열기배출관(442)을 통해 상기 축열조(410)의 상부로 유입된다. 본 일실시예에서는 상기 생활용수가 가열된 상태를 온수라 하겠다. 상기 축열조(410)로 유입된 온수는 상기 축열조배출관(452)을 통해 배출되어 생활에 사용된다.
상기 순환펌프(420)는 상기 제어기(480)의 명령으로 작동하며, 상기 축열조(410)에 수용된 상기 생활용수 중 상기 축열조(410) 상부에 위치하는 생활용수보다 10℃에서 15℃정도 온도가 낮은 상기 축열조(410) 하부에 위치하는 생활용수를 순환시킨다.
상기 집열기(430)는 건물의 옥상이나 지붕 등과 같이 집열량이 많은 실외에 설치되고, 일측은 상기 집열기유입관(441)과 연결되며, 타측은 상기 집열기배출관(442)과 연결된다. 그리고 상기 집열기(430)는 태양열을 집열하여 상기 순환펌프(420)에 의해 공급된 생활용수를 가열하는 역할을 하는 것으로, 진공관형, 평판형 등 다양한 종류의 집열기가 사용될 수 있다.
상기 집열기순환배관(440)은 외부와 연결되지 않는 폐쇄배관으로, 상기 집열기순환배관(440)의 일부가 상기 집열기(430)의 내부에 위치하게 된다. 그리고 상기 집열기순환배관(440)은 상기 집열기(430)와 축열조(410) 간을 연결하며, 상기 집열기(430)에 의해 가열된 생활용수가 상기 축열조(410)로 배출되도록 유로를 제공한다. 또, 상기 집열기순환배관(440)은 상기 집열기(430)를 기준으로 생활용수가 유입되는 측에 구비되는 집열기유입관(441), 온수가 배출되는 측에 구비되는 집열기배출관(442)을 포함한다. 즉, 상기 집열기유입관(441)은 상기 축열조(410)에 수용된 생활용수가 상기 집열기(430)로 유입될 수 있도록 구비되며, 상기 집열기배출관(442)은 상기 집열기(430)에 의해 가열된 생활용수가 상기 축열조(410)로 유입될 수 있도록 구비된다. 이러한 구성을 살펴보면, 상기 집열기배출관(442)이 상기 집열기유입관(441)에 비해 상대적으로 높은 위치에 구비되며, 상기 집열기유입관(441)으로는 생활용수가 흐르고, 상기 집열기배출관(442)으로는 온수가 흐르게 되는 것을 알 수 있다. 이는 상기 축열조(410) 내에 저장된 온수의 성층화(온도가 높은 물은 상단부에 모이게 하고, 온도가 낮은 물은 하단부에 모이게 해서 최대한 양질의 온수를 공급하는 기능) 효과를 높이기 위한 것으로, 상기 축열조(410)로 유입된 생활용수는 성층화로 인해 하부에 위치하게 되고, 상기 축열조(410) 내에서 상대적으로 높은 위치에 있는 온수의 온도가 낮은 위치에 있는 온수의 온도보다 높기 때문에 보다 높은 온도의 온수를 사용할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 상기 집열기순환배관(440) 중 상기 집열기(430)에 위치한 부분은 상기 집열기(430)로 집열된 태양열이 최대한 물로 전달될 수 있도록 상기 집열기(430)의 내부에 넓게 분포할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 축열조순환배관(450)은 상기 축열조(410)와 연결되며, 상기 축열조(410) 하부로 상기 생활용수를 유입시키고, 상기 축열조(410) 상부에 위치하는 생활용수가 배출되도록 유로를 제공하며, 축열조유입관(451) 및 축열조배출관(452)으로 구성된다. 축열조유입관(451)은 상기 축열조(410)에 저장된 온수의 성층화를 위해 상기 축열조(410)의 하부와 연결되고, 상기 축열조배출관(452)은 상기 축열조의 상부와 연결된다.
이때, 전술한 바와 같이 상기 축열조(410) 상부와 하부에 위치한 생활용수의 온도 차이가 10℃에서 15℃정도 차이가 나도록 하기 위해서 상기 순환펌프(420)의 유량은 상기 집열기(430)의 면적당 6리터/시간 내지 9리터/시간인 것이 바람직하다. 이러한 수치값은 실험에 의한 것으로, 집열기의 면적(제곱미터)당 72리터/시간인 순환펌프의 유량의 일반적인 권장치 보다 대략 1/8 내지 1/12로 감소된 수치이다. 이와 같이, 종래보다 유량이 적게 유동되도록 함에 따라서 상기 축열조(410) 내의 상대적으로 높은 위치에 있는 온수와 낮은 위치에 있는 온수가 거의 섞이지 않아 상부와 하부에 위치한 온수의 온도 차가 10℃에서 15℃정도로 커지므로, 온수의 성층화 효과는 극대화될 수 있다. 즉, 성층화가 극대화될수록 온수의 온도는 따뜻해지고, 상기 집열기(430)로 유입되는 물의 온도는 차가워지므로, 상기 태양열 온수시스템의 성능(400)이 개선될 수 있다.
상기 순환펌프(420)의 유량을 감소시키기 위해서는 상기 순환펌프(420)의 회전수를 조절하거나 작은 용량의 순환펌프를 설치하는 등의 방법으로 가능하다. 예를 들어, 평소보다 상기 순환펌프(420)의 회전수를 대략 1/10로 낮추어 작동시키면, 유량이 평소보다 1/10로 줄어 상기 집열기순환배관(440)을 순환하게 된다.
이하, 도 3을 참조하여 본 고안의 일실시예에 따른 태양열 온수시스템(400)이 작동할 때 물의 흐름을 설명하기로 한다. 도면에서 실선의 화살표는 물의 흐름을 의미한다.
먼저, 상기 축열조(410)에는 상기 축열조유입관(451)을 통해 유입된 생활용수가 저장되어 있고, 상기 집열기(430)는 태양열이 집열되어 온도가 상승한 상태이다. 이때, 상기 축열조(410)에 저장된 생활용수는 상기 순환펌프(420)에 의해 상기 집열기유입관(441)을 거쳐 상기 집열기(430)로 공급된다. 그러면, 상기 집열기(430)로 집열된 태양열은 상기 생활용수로 전달되며, 상기 집열기(430)를 통과하여 가열된 생활용수, 즉 온수는 상기 집열기배출관(442)을 통해 상기 축열조(410)로 유입된다. 그리고 상기 축열조(410)로 유입된 온수는 상기 축열조배출관(452)을 통해 배출되어 가정에서 사용된다. 다시 말해, 가열되기 전의 생활용수는 상기 축열조유입관(451)과 집열기유입관(441)을 흐르게 되고, 가열된 생활용수는 상기 집열기배출관(442)과 축열조배출관(452)을 흐르게 된다. 여기서, 상기 순환펌프(420)의 유량은 상기 집열기(430) 면적 1제곱미터당 6리터/시간 내지 9리터/시간으로 제한되어 종래보다 유량이 1/8 내지 1/12로 적음을 알 수 있다. 이러한 순환 과정이 반복되면서 상대적으로 높은 온도의 온수가 상기 축열조(410) 상부에 위치하게 되고, 낮은 온도의 온수가 상기 축열조(410) 하부에 위치하게 되므로, 상기 축열조(410) 상부와 하부의 온수의 온도 차는 10℃에서 15℃정도가 된다. 따라서, 축열조(410) 내에서는 상부와 하부에 위치한 온수가 섞이지 않고 성층화 효과가 극대화되므로 가정에서는 보다 높은 온도의 온수를 사용할 수 있다.
한편, 상기 제1 온도센서(460)는 상기 순환펌프(420)와 집열기(430) 사이에 위치한 상기 집열기순환배관(440)의 일정부분에 설치되어 상기 일정부분의 온도를 검출하는 역할로, 상기 일정부분은 상기 집열기유입관(441)을 의미한다. 이는 동절기에 상기 집열기순환배관(440)의 동파를 방지하기 위한 것으로, 상기 집열기유입관(441)으로는 상대적으로 온도가 낮은 생활용수가 유입되고, 상기 집열기배출관(442)으로는 온도가 높은 온수가 배출되기 때문에 상기 집열기유입관(441)의 온도가 상기 집열기배출관(442) 보다 낮기 때문이다. 또한, 상기 집열기유입관(441)에서도 외기에 노출되는 부분이 상대적으로 온도가 낮으므로, 상기 제1 온도센서(460)는 상기 집열기유입관(441) 중에서도 외기에 노출되는 부분의 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
상기 제2 온도센서(470)는 하절기에 상기 집열기(430)나 집열기배출관(442)의 과열로 인한 파손을 방지하기 위하여 상기 집열기배출관(442)에 설치되어 온도를 검출한다. 본 고안에서 상기 집열기유입관(441)으로는 상대적으로 온도가 낮은 생활용수가 유입되고, 상기 집열기배출관(442)으로는 상대적으로 온도가 높은 생활용수가 배출되므로, 상기 집열기배출관(442)의 온도가 상기 집열기유입관(441)의 온도보다 높다. 특히, 상기 집열기배출관(442)에서도 외기에 노출되는 부분이 상대적으로 온도가 높으므로, 상기 제2 온도센서(470)는 상기 집열기배출관(442) 중에서도 외기에 노출되는 부분의 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
상기 제어기(480)는 상기 제1, 2 온도센서로부터 출력되는 신호를 수신하고, 상기 신호에 따라 상기 순환펌프(420)의 가동을 제어한다.
먼저, 상기 제어기(480)는 설정된 시간 동안 상기 제1 온도센서(460)로부터 검출된 온도가 제1 기준온도 이하이면, 상기 순환펌프(420)가 가동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 제어기(480)는 상기 제1 온도센서(460)로부터 검출된 온도가 제1 설정온도 이상이면, 가동된 상기 순환펌프(420)가 정지되도록 제어한다. 여기서, 상기 설정된 시간은 기온이 영하로 떨어지는 날씨가 계속되는 동절기, 특히 이 시기 중 야간인 것을 특징으로 한다. 상기 집열기순환배관(440)에는 항상 생활용수가 차있는데, 생활용수의 사용이 없는 시간대(야간)에는 상기 집열기순환배관(440) 내부로 생활용수가 흐르지 않고 고인 상태로 놓이게 된다. 물은 그 성질상 고체상태(얼음)의 부피가 액체상태보다 크기 때문에 생활용수가 기온 강하에 의해 얼게 되면, 부피팽창에 의해 상기 집열기순환배관(440)이 동파되는 현상이 발생하게 된다. 하지만, 상기 축열조(410)는 실내에 위치하므로, 상기 축열조(410)에 저장된 생활용수의 온도는 동절기의 야간에도 영상으로 유지될 수 있다. 따라서, 상기 집열기순환배관(440) 특히, 상기 집열기유입관(441)의 온도가 제1 기준온도 이하로 떨어질 때 상기 제어기(480)가 상기 순환펌프(420)를 작동시킴으로써, 상기 축열조(410)에 저장되어 상대적으로 높은 온도의 생활용수가 상기 집열기순환배관(440)을 순환하여 덥히게 된다. 이러한 과정을 거쳐서 상기 집열기유입관(441)의 온도는 제1 설정온도에 도달하게 되고, 이로 인해 상기 제어기(480)는 상기 순환펌프(420)의 가동을 정지시킨다. 본 고안의 일실시예에서는 동파방지를 위해 상기 제1 기준온도를 2℃로 제한하는 것이 바람직하다. 동절기에 상기 집열기순환배관(440) 내에 체류된 생활용수는 상기 집열기순환배관(440)의 온도보다 높으며, 상기 제1 온도센서(460)는 상기 집열기순환배관(440) 상에 위치하게 되므로, 검출된 온도는 상기 집열기순환배관(440) 내에 존재하는 생활용수의 온도보다 더 낮다. 그러므로, 상기 집열기유입관(441)의 온도가 2℃ 이하에서 상기 순환펌프(420)가 작동되도록 하면 안정적으로 동파를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 고안의 일실시예에서는 실험에 의하였을 때, 상기 집열기유입관(441)의 온도가 10℃ 이상이 된 경우에 상기 집열기순환배관(440)의 동결이 방지되므로, 바람직하게 상기 제1 설정온도를 10℃로 한다. 즉, 상기 집열기유입관(441)의 온도가 10℃ 이상에서 상기 순환펌프(420)의 가동을 멈추는 것은 더 이상 생활용수를 순환시킬 필요가 없을 정도로 상기 집열기순환배관(440) 내의 생활용수의 온도가 상승하였기 때문이다.
또한, 상기 제어기(480)는 상기 제2 온도센서(470)로부터 검출된 온도가 제2 기준온도 이상이면, 상기 순환펌프(420)가 가동되도록 제어하고, 상기 제2 온도센서(470)로부터 검출된 온도가 제2 설정온도 이하이면, 가동된 상기 순환펌프(420)가 정지되도록 제어한다. 일반적으로 상기 집열기(430)나 집열기순환배관(440) 내부에는 생활용수가 정체되어 있기 때문에 하절기, 특히 햇볕이 강한 한낮에 상기 집열기(430)나 집열기배출관(442)의 온도가 대략 100℃ 가까이로 상승하는데, 과열방열기와 방열기순환펌프가 없으면 온도의 과도한 상승으로 인하여 기기 및 시스템이 파손될 수 있다. 이 경우에 상기 집열기배출관(442)의 온도는 그 내에 체류된 생활용수의 온도보다 높기 때문에 본 고안에서는 과열에 의한 파손방지의 신뢰성을 높이기 위해서 상기 제2 기준온도를 93℃ 내지 98℃로, 상기 제2 설정온도를 80℃로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 집열기배출관(442)의 온도가 95℃로 상승하면 상기 제어기(480)는 상기 순환펌프(420)를 가동시킨다. 그러면, 상대적으로 온도가 낮은 상기 축열조(410)의 하단부에 정체되어 있던 생활용수가 상기 집열기(430)와 집열기순환배관(440)으로 흐르게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 상기 집열기(430)와 집열기순환배관(440)의 온도는 감소하게 된다. 그리고 상기 집열기배출관(442)의 온도가 80℃에 도달하게 되면, 상기 제어기(480)는 상기 순환펌프(420)의 가동을 정지시킨다.
또한, 상기 제어기(480)는 상기 제1, 2 온도센서에서 검출된 온도 차에 따라 상기 순환펌프(420)의 가동을 제어하는 역할로, 예를 들어 온도 차가 3℃ 이하이면 상기 순환펌프(420)의 가동을 정지시키고, 10℃ 이상이면 상기 순환펌프(420)를 구동시키도록 제어함으로써, 평상시 상기 순환펌프(420)의 가동을 제어하는 동시에 전력 낭비를 방지하는 것이 바람직하다.
이하, 도 19를 참조하여 상기 태양열 온수시스템(400)이 동절기 중 야간에 작동할 때 물의 흐름을 살펴보기로 한다.
상기 제어기(480)는 상기 제1 온도센서(460)와 연결되어 상기 집열기유입관(441)으로부터 검출된 온도를 전달받는다. 만약, 수신된 온도가 제1 기준온도(2℃)라면, 상기 제어기(480)는 상기 축열조(410)에 저장된 물이 상기 집열기순환배관(440)을 순환할 수 있도록 상기 순환펌프(420)를 작동시킨다. 이러한 과정이 반복됨에 따라 상기 집열기순환배관(440)의 온도는 상승하게 되고, 상기 집열기유입관(441)의 온도가 제1 설정온도(40℃)에 도달하게 되면, 상기 제어기(480)는 상기 순환펌프(420)의 동작을 정지시킨다. 이와 같이, 동절기, 특히 가정에서 생활용수를 사용하지 않는 야간에 자동으로 상기 순환펌프(420)가 가동됨으로써, 상기 집열기순환배관(440)의 동파를 막을 수 있다. 이를 위해, 기존의 밀폐형 온수시스템을 그대로 유지하면서 상기 제1 온도센서(460)만 추가 설치하면 되므로, 여전히 열효율이 매우 높고, 그 구성이 매우 단순하여 설치 및 고장의 가능성이 적으며, 따라서 유지관리 비용이 적게 소요될 수 있다. 또, 종래에는 배관의 동파 방지를 위해 야간 내내 순환펌프(420)를 가동시켰지만, 본 고안의 일실시예에서는 상기 집열기유입관(441)의 온도에 따라 상기 순환펌프(420)의 가동 및 정지가 이루어지므로 전력 소모량이 최소화되는 이점이 있다. 그리고 본 고안에서는 상기 순환펌프(420)의 유량을 상기 집열기(430) 면적 1제곱미터당 6리터/시간 내지 9리터/시간으로 제한하기 때문에 상기 축열조(410)로 유입된 온수의 체류시간이 길어져 실내로부터의 열이 온수로 충분히 전달될 수 있고, 유입과정에서 상기 축열조(410)에 저장되어 있는 온수의 온도가 급하강하는 것을 막을 수 있다.
다음은 도 20을 참조하여 상기 태양열 온수시스템(400)이 하절기에 작동할 때 물의 흐름을 살펴보기로 한다.
상기 제어기(480)는 상기 제2 온도센서(470)와 연결되어 상기 집열기배출관(442)으로부터 검출된 온도를 전달받는다. 만약, 수신된 온도가 제2 기준온도(예를 들어, 95℃)라면, 상기 제어기(480)는 상기 축열조(410)에 저장된 물이 상기 집열기순환배관(440)을 순환할 수 있도록 상기 순환펌프(420)를 작동시킨다. 그러면, 상기 집열기순환배관(440)에 정체된 상대적으로 높은 온도의 온수가 상기 축열조(410)로 유입되고, 상기 축열조(410)에 저장된 상대적으로 낮은 온도의 온수가 상기 집열기유입관(441)을 통해 배출된다. 이러한 과정이 반복됨에 따라 상기 집열기순환배관(440)의 온도는 하강하게 되고, 상기 집열기배출관(442)의 온도가 제2 설정온도(80℃)에 도달하게 되면, 상기 제어기(480)는 상기 순환펌프(420)의 동작을 정지시킨다. 상기와 같이, 상기 집열기배출관(442)에 상기 제2 온도센서(470)가 구비됨에 따라서 과열방열기 및 방열기순환펌프를 추가로 설치하지 않아도 하절기의 기온 상승으로 인한 상기 집열기(430)나 집열기배출관(442)의 파손 혹은 열화를 방지할 수 있기 때문에 설치비용 및 관리비용이 소요되지 않아 경제적으로 효율적인 이점이 있다. 그리고 전술한 바와 같이, 유량이 종래보다 적어지면서 상기 축열조(410) 내의 상대적으로 높은 위치에 있는 온수와 낮은 위치에 있는 온수가 거의 섞이지 않아 온수의 성층화 효과가 높아지므로, 보다 낮은 온도의 온수가 상기 집열기(430)와 집열기순환배관(440)을 흐르도록 하여 상기 집열기(430)와 집열기순환배관(440)의 온도를 낮추는데 효율적이다.
도 19 및 도 20에서 살펴본 바와 같이, 종래의 복잡한 구성 및 부동액을 추가하지 않아도 동절기의 심야의 기온 하강이나 하절기의 하절기의 일시적 혹은 장기적으로 시스템을 사용하지 않아 기온 상승으로 인한 상기 태양열 온수시스템(400)의 파손을 방지할 수 있고, 작동매체를 물로 사용할 수 있어 시스템을 매우 단순화시킬 수 있다. 또한, 작동매체가 부동액 혹은 물인 난방시스템에 적용할 수 있고, 과열방열기 및 방열기순환펌프를 사용하지 않고 하나의 상기 순환펌프(420)만 순환시켜 열을 상기 축열조(410)로 흡수시킴으로써 과열을 간단히 방지할 수 있다. 그리고 본 고안에서는 상기 집열기(430) 및 집열기순환배관(440)에 부동액 대신 물을 사용하므로, 가격이 저렴하고, 유지관리가 용이해지는 이점이 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (21)

  1. 태양열을 집열하는 집열기;
    상기 집열기와 연결되고, 그 내부로 상기 집열기에 의해 집열된 태양열이 축적되는 작동매체가 순환하는 집열기순환배관;
    상기 작동매체와 생활에 사용되는 물 사이의 열교환이 이루어지는 축열조;
    상기 축열조와 연통되고, 상기 물이 공급되는 온수순환배관;
    상기 온수순환배관의 일측에 구비되고 선택적으로 개폐되어 상기 축열조의 물이 상기 온수순환배관 내부로 선택적으로 흐르게 하는 동파방지밸브; 및
    상기 온수순환배관의 일정 부분의 온도(T1)와 상기 축열조의 물 온도(T2) 중 적어도 하나 이상의 온도변화에 따라 상기 동파방지밸브의 작동을 제어하여 상기 온수순환배관의 동파를 방지하는 제어기를 포함하여 구성되는 태양열 온수시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 온수순환배관의 일정부분의 온도(T1)가 T1 < Ta(1℃≤Ta≤6℃) 일 경우 상기 동파방지밸브를 개방하고, 상기 온수순환배관의 일정부분의 온도(T1)가 T1 > Tc(9℃≤Tc≤11℃) 일 경우 상기 동파방지밸브를 폐쇄함을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 온수순환배관의 일정부분의 온도(T1)가 T1 < Ta(3℃≤Ta≤6℃) 일 경우 상기 동파방지밸브를 개방하고,
    상기 온수순환배관의 일정부분의 온도(T1) 및 상기 축열조의 물 온도(T2)가 다음 1), 2)의 조건을 만족할 경우 상기 동파방지밸브를 폐쇄함을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
    - 다 음 -
    1) T2 > Tb, T1 > Tc
    2) T2 ≤ Tb, T1 > T2 - dT
    ※11℃< Tb ≤14℃, 9℃≤Tc≤11℃, 1℃≤dT≤3℃
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 Ta 는 4℃이고, 상기 Tb는 12℃이며, 상기 Tc는 10℃이고, 상기 dT는 2℃임을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
  5. 태양열을 집열하는 집열기;
    상기 집열기와 연결되고, 그 내부로 상기 집열기에 의해 집열된 태양열이 축적되는 작동매체가 순환하는 집열기순환배관;
    상기 작동매체와 생활에 사용되는 물 사이의 열교환이 이루어지는 축열조;
    상기 축열조와 연통되고, 상기 축열조로 물이 공급되는 온수인입관과 물이 배출되는 온수배출관으로 구성되는 온수순환배관;
    상기 온수인입관과 온수배출관을 서로 연통시키는 연결배관;
    상기 연결배관에 구비되고, 상기 연결배관을 선택적으로 개폐시키는 체크밸브;
    상기 연결배관에 구비되고, 상기 연결배관을 통하여 상기 축열조 내부의 물이 상기 온수인입관과 상기 온수배출관을 따라 순환할 수 있도록 하는 순환펌프; 및
    상기 온수순환배관의 일정 부분의 온도(T1)와 상기 축열조의 물 온도(T2) 중 적어도 하나 이상의 온도변화에 따라 상기 순환펌프의 작동을 제어하여 상기 온수순환배관의 동파를 방지하는 제어기를 포함하여 구성되는 태양열 온수시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 온수순환배관의 일정부분의 온도(T1)가 T1 < Ta(1℃≤Ta≤6℃) 일 경우 상기 순환펌프를 작동시키며,
    상기 온수순환배관의 일정부분의 온도(T1) 및 상기 축열조의 물 온도(T2)가 다음 1), 2)의 조건을 만족할 경우 상기 순환펌프의 작동을 중지시킴을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
    - 다 음 -
    1) T2 > Tb, T1 > 10℃
    2) T2 ≤ Tb, T1 > T2 - dT
    ※11℃< Tb ≤14℃, 9℃≤Tc≤11℃, 1℃≤dT≤3℃
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 Ta 는 2℃이고, 상기 Tb는 12℃이며, 상기 Tc는 10℃이고, 상기 dT는 2℃임을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기에 의해 제어되고, 상기 축열조의 물의 온도를 조절하는 역할을 하는 동파방지히터를 더 포함하여 구성되고,
    상기 축열조의 물 온도(T2)가 T2 < 12℃ 일 경우 상기 동파방지히터를 작동시키고, 상기 축열조의 물 온도(T2)가 T2 > 14℃일 경우 상기 동파방지히터를 정지시킴을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
  9. 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기에 의해 제어되고, 상기 축열조의 물의 온도를 조절하는 역할을 하는 동파방지히터를 더 포함하여 구성되고,
    상기 제어기는 상기 축열조의 물 온도(T2)가 T2 < 6℃ 일 경우 상기 동파방지히터를 작동시키고, 상기 축열조의 물 온도(T2)가 T2 > 8℃일 경우 상기 동파방지히터를 정지시킴을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
  10. 태양열을 집열하는 집열기;
    상기 집열기와 연결되고, 그 내부로 상기 집열기에 의해 집열된 태양열이 축적되는 작동매체가 순환하는 집열기순환배관;
    상기 집열기순환배관과 연통되는 외부탱크 및 상기 외부탱크의 내부에 상기 외부탱크와 격리된 내부탱크가 구비되는 축열조;
    상기 내부탱크와 연통되고, 온수가 공급되는 온수순환배관;
    상기 온수순환배관의 일정 부분이 개방온도에 이르렀을 때 개폐되어 상기 내부탱크의 온수를 상기 온수순환배관의 외부로 배출시키고, 상기 온수순환배관의 상기 일정 부분이 폐쇄온도에 이르렀을 때 개폐되어 상기 내부탱크의 온수가 상기 온수순환배관의 외부로 배출되는 것을 막는 하나 이상의 동결방지밸브 및;
    상기 온수순환배관의 상기 일정 부분의 온도 변화에 따라 상기 하나 이상의 동결방지밸브의 개폐를 제어하는 제어기를 포함하여 구성되는, 태양열 온수시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 온수는 생활용수이며,
    상기 온수순환배관은 상기 내부탱크로 상기 생활용수가 유입되는 온수인입관; 및 상기 내부탱크에서 가열된 상기 생활용수가 유출되며, 상기 온수인입관의 일부와 맞닿아 있는 온수배출관으로 구성되고,
    상기 온수순환배관의 상기 일정 부분은 온도를 측정하는 센서가 구비된 상기 온수배출관의 일부이며,
    상기 온수배출관의 일측에는 상기 온수를 상기 온수순환배관의 외부로 배출하기 위한 유출관이 구비되고,
    상기 동결방지밸브는 상기 유출관에 구비되어 상기 유출관을 개폐하는, 태양열 온수시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 온수인입관 및 상기 온수배출관이 맞닿아 있는 부분을 둘러싸도록 구비되는 단열부재를 더 포함하는, 태양열 온수시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 온수는 생활용수이며,
    상기 온수순환배관은 상기 내부탱크로 상기 생활용수가 유입되는 온수인입관과 상기 내부탱크에서 가열된 상기 생활용수가 유출되는 온수배출관으로 구성되고,
    상기 온수인입관 및 상기 온수배출관의 일측에는 상기 온수를 상기 온수순환배관의 외부로 배출하기 위한 제 1 및 제 2 유출관이 구비되며,
    상기 동결방지밸브는 상기 제 1 유출관에 구비되어 상기 제 1 유출관을 개폐하는 제 1 동결방지밸브, 상기 제 2 유출관에 구비되어 상기 제 2 유출관을 개폐하는 제 2 동결방지밸브 및 상기 온수인입관에 구비되어 상기 제 1 동결방지밸브의 개방 시 차단되고, 상기 제 1 동결방지밸브의 폐쇄 시 개방되는 제 3 동결방지밸브로 구성됨을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
  14. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 내부탱크에 구비되어 상기 내부탱크 내의 상기 온수의 온도를 높이는 동파방지히터를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 개방온도에 해당하는 경우 상기 동파방지히터를 작동시키고, 상기 폐쇄온도에 해당하는 경우 상기 동파방지히터를 중지시키는 태양열 온수시스템.
  15. 태양열을 집열하는 집열기;
    상기 집열기와 연결되고, 그 내부로 상기 집열기에 의해 집열된 태양열이 축적되는 작동매체가 순환하는 집열기순환배관;
    상기 집열기순환배관과 연통되는 외부탱크 및 상기 외부탱크의 내부에 상기 외부탱크와 격리된 내부탱크가 구비되는 축열조;
    상기 내부탱크로 생활용수가 유입되는 온수인입관, 및 상기 내부탱크에서 가열된 상기 생활용수가 유출되고 상기 온수인입관의 일부와 맞닿아 있는 온수배출관으로 구성되며, 상기 내부탱크와 연통되는 온수순환배관;
    상기 온수배출관의 일측에 구비되며, 상기 온수를 상기 온수순환배관의 외부로 배출하는 유출관; 및
    온도를 측정하는 센서를 포함하며, 상기 센서에 의하여 측정된 온도에 따라 상기 유출관을 개폐하는 동결방지밸브를 포함하는, 태양열 온수시스템.
  16. 유입된 생활용수를 수용하는 축열조;
    상기 축열조에 수용된 상기 생활용수 중 상기 축열조 상부에 위치하는 생활용수보다 10℃에서 15℃정도 온도가 낮은 상기 축열조 하부에 위치하는 생활용수를 순환시키는 순환펌프;
    태양열을 집열하여 상기 순환펌프에 의해 공급된 상기 생활용수를 가열하는 집열기;
    상기 집열기와 축열조 간을 연결하며, 상기 집열기에 의해 가열된 상기 생활용수가 상기 축열조로 배출되도록 유로를 제공하는 집열기순환배관;
    상기 축열조와 연결되며, 상기 축열조 하부로 상기 생활용수를 유입시키고, 상기 축열조 상부에 위치하는 생활용수가 배출되도록 유로를 제공하는 축열조순환배관;
    상기 집열기순환배관에 설치되어 온도를 검출하는 제1 온도센서; 및
    상기 제1 온도센서로부터 검출된 온도가 제1 기준온도 이하이면, 상기 순환펌프가 가동되도록 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 축열조 및 상기 축열조순환배관은 실내에, 상기 순환펌프, 상기 집열기 및 상기 제1 온도센서는 실외에 위치하는 태양열 온수시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 집열기순환배관은,
    상기 축열조에 수용된 상기 생활용수가 상기 집열기로 유입되도록 유로를 제공하는 집열기유입관; 및
    상기 집열기에 의해 가열된 상기 생활용수가 상기 축열조로 배출되도록 유로를 제공하는 집열기배출관; 을 포함하고,
    상기 제1 온도센서는 상기 집열기와 근접한 상기 집열기유입관 상에 설치되는 태양열 온수시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 집열기와 근접한 상기 집열기배출관 상에 설치되어 상기 집열기배출관의 온도를 검출하는 제2 온도센서; 를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제2 온도센서로부터 검출된 온도가 제2 기준온도 이상이면, 상기 순환펌프가 가동되도록 제어하는
    태양열 온수시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1 온도센서 또는 제2 온도센서로부터 검출된 온도가 각각 제1 설정온도 이상 또는 제2 설정온도 이하이면, 가동된 상기 순환펌프가 정지되도록 제어하는 태양열 온수시스템.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 순환펌프의 유량은 상기 집열기 면적 1제곱미터당 6리터/시간 내지 9리터/시간인 태양열 온수시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1, 2 온도센서에서 검출된 온도 차에 따라 상기 순환펌프의 가동을 제어하는 태양열 온수시스템.
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